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迈向使用数值原子轨道的高效计算:基准测试及其在分子动力学模拟中的应用。

Toward Efficient Calculations Using Numerical Atomic Orbitals: Benchmarking and Application to Molecular Dynamics Simulations.

作者信息

Koval Peter, Ljungberg Mathias Per, Müller Moritz, Sánchez-Portal Daniel

机构信息

Donostia International Physics Center , Paseo Manuel de Lardizabal 4 , 20018 Donostia-San Sebastián , Spain.

Centro de Física de Materiales , Centro Mixto CSIC-UPV/EHU , Paseo Manuel de Lardizabal 5 , 20018 Donostia-San Sebastián , Spain.

出版信息

J Chem Theory Comput. 2019 Aug 13;15(8):4564-4580. doi: 10.1021/acs.jctc.9b00436. Epub 2019 Jul 18.

DOI:10.1021/acs.jctc.9b00436
PMID:31318555
Abstract

The use of atomic orbitals in Hedin's approximation provides, in principle, an inexpensive alternative to plane-wave basis sets, especially when modeling large molecules. However, benchmarking of the algorithms and basis sets is essential for a careful balance between cost and accuracy. In this paper, we present an implementation of the approximation using numerical atomic orbitals and a pseudopotential treatment of core electrons. The combination of a contour deformation technique with a one-shot extraction of quasiparticle energies provides an efficient scheme for many applications. The performance of the implementation with respect to the basis set convergence and the effect of the use of pseudopotentials has been tested for the 117 closed-shell molecules from the G2/97 test set and 24 larger acceptor molecules from another recently proposed test set. Moreover, to demonstrate the potential of our method, we compute the thermally averaged density of states of a large photochromic compound by sampling molecular dynamics trajectories at different temperatures. The computed thermal line widths indicate approximately twice as large electron-phonon couplings with than with standard DFT-GGA calculations. This is further confirmed using frozen-phonon calculations.

摘要

在赫丁近似中使用原子轨道,原则上为平面波基组提供了一种低成本的替代方案,尤其是在对大分子进行建模时。然而,算法和基组的基准测试对于在成本和准确性之间进行仔细权衡至关重要。在本文中,我们展示了一种使用数值原子轨道和核心电子的赝势处理来实现该近似的方法。轮廓变形技术与准粒子能量的一次性提取相结合,为许多应用提供了一种有效的方案。我们针对来自G2/97测试集的117个闭壳层分子以及来自另一个最近提出的测试集的24个更大的受体分子,测试了该实现方法在基组收敛方面的性能以及使用赝势的效果。此外,为了证明我们方法的潜力,我们通过在不同温度下对分子动力学轨迹进行采样,计算了一种大型光致变色化合物的热平均态密度。计算得到的热线宽表明,与标准DFT - GGA计算相比,其电子 - 声子耦合大约大两倍。使用冻结声子计算进一步证实了这一点。

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