全电子 Kohn-Sham DFT 计算中 Fermi 算符展开的谱分裂方法
计算物理
2017-02-01 v1
摘要
我们提出一种谱分裂方法，通过采用 Kohn-Sham 哈密顿量的 Fermi 算符展开来进行全电子 Kohn-Sham 密度泛函理论（DFT）计算。该方法将包含占据态本征空间的子空间分裂为由核心本征函数张成的核心子空间及其补集——价电子子空间，从而通过将展开约化到价电子子空间投影的 Kohn-Sham 哈密顿量上，实现 Fermi 算符展开的高效计算。我们方法的核心思路是：(i) 使用 Chebyshev 滤波计算包含占据态的子空间，随后通过局域化过程生成张成 Chebyshev 滤波子空间的非正交局域函数；(ii) 计算投影到价电子子空间的 Kohn-Sham 哈密顿量；(iii) 利用基于价电子子空间投影哈密顿量的 Fermi 算符展开来计算密度矩阵、电子密度和能带能量。我们在包含多达 1330 个电子的硅纳米团簇、单个金原子以及六原子金纳米团簇等基准材料体系上验证了该方法的准确性和性能。对硅纳米团簇的基准研究表明，在相对于参考计算的基态能量精度约为 的情况下，使用谱分裂方法可使 Fermi 算符展开多项式阶数惊人地减少五倍。此外，对金的数值研究表明，在使用 Fermi 算符展开时，谱分裂对于达到有意义的精度是不可或缺的。
引用
@article{arxiv.1608.07865,
title = {Spectrum-splitting approach for Fermi-operator expansion in all-electron Kohn-Sham DFT calculations},
author = {Phani Motamarri and Vikram Gavini and Kaushik Bhattacharya and Michael Ortiz},
journal= {arXiv preprint arXiv:1608.07865},
year = {2017}
}
备注
12 pages, 5 figures