Программный пакет DFT для новичка?
Я бы хотел начать делать некоторые базовые вычисления с помощью ДПФ. Меня интересует физика твердого тела сильно коррелированных материалов в 3D (например, высокотемпературные сверхпроводники) или 2D (например, графен или монослои дихалькогенидов переходных металлов). Я предпочитаю бесплатное программное обеспечение (в идеале с открытым исходным кодом, но, по крайней мере, бесплатное), которое легко использовать. Меня интересует ДПФ как инструмент для расчета свойств материалов, и я не заинтересован в изучении деталей ДПФ (по крайней мере, сейчас), а также меня не интересует разработка программного обеспечения.
У меня есть опыт работы в физике твердого тела, но я полный новичок в DFT. Я думал о ABINIT, JDFTx или Quantum Espresso, или о любом другом бесплатном / простом в использовании пакете. Любое предложение?
Кросс-пост из обмена физикой .
Ответы
QuantumVITAS
Насколько я понимаю, требования OP следующие:
- Выполните базовые вычисления с помощью ДПФ
- Предпочитайте программное обеспечение с открытым исходным кодом, которое легко использовать
- Интересует ДПФ только как инструмент для расчета свойств материалов
- Не заинтересован в изучении деталей разработки DFT / программного обеспечения
Поскольку OP уже знает о Quantum ESPRESSO и заинтересован только в вычислении основных свойств материалов с использованием простого в использовании программного обеспечения с открытым исходным кодом, я представлю новый графический интерфейс для Quantum ESPRESSO под названием QuantumVITAS ( набор инструментов взаимодействия с квантовой визуализацией для моделирования Ab-initio). Он поставляется в комплекте с движком Quantum Espresso и псевдопотенциальными библиотеками и работает "из коробки" в Windows, Linux и Mac OS.
Он способен делать
Магнетизм и спин-орбитальная связь (SOC)
DFT + U
Гибридные функционалы
Поправки Ван дер Ваальса
Структурная оптимизация / релаксация (OPT)
Плотность состояний (DOS)
Зонная структура (включая спин-поляризованные и SOC)
Молекулярная динамика (Борн – Оппенгеймер, MD)
Зависящая от времени теория функционала плотности (TDDFT)
Фонон (гамма-точка, DOS, дисперсия, раман, диэлектрическая проницаемость)
NEB (Nudged Elastic Band) для расчета энергетического барьера перехода
Проекция на атомные орбитали (на каждый атом или на каждый элемент, также в случае спиновой поляризации и SOC)
ВНИМАНИЕ: Инструмент не следует использовать как черный ящик и знать о подводных камнях, которые ждут вас !.
SIESTA
Настоятельно рекомендую SIESTA. С сайта :
SIESTA - это как метод, так и его компьютерная программа для выполнения эффективных расчетов электронной структуры и ab initio моделирования молекулярной динамики молекул и твердых тел. Эффективность SIESTA проистекает из использования базового набора строго локализованных атомных орбиталей. Очень важной особенностью кода является то, что его точность и стоимость можно настраивать в широком диапазоне, от быстрых исследовательских вычислений до высокоточных симуляций, соответствующих качеству других подходов, таких как методы плоских волн.
Поскольку он использует числовые орбитали, потребность в памяти ниже, чем коды, которые вы упомянули. Некоторые из свойств, которые он может вычислить:
- Полная и парциальная энергии.
- Атомные силы.
- Тензор напряжений.
- Электрический дипольный момент.
- Атомная, орбитальная и связная популяции (Малликен).
- Электронная плотность.
- Релаксация геометрии, фиксированная или переменная ячейка.
- Молекулярная динамика с постоянной температурой (термостат носа).
- Переменная клеточная динамика (Парринелло-Рахман).
- Расчеты спиновой поляризации (коллинеарные или нет).
- k-выборка зоны Бриллюэна.
- Локальная и орбитально-проектируемая плотность состояний.
- Кривые COOP и COHP для анализа химической связи.
- Диэлектрическая поляризация.
- Вибрации (фононы).
- Ленточная структура.
Код можно скачать отсюда . На странице есть ссылки на руководство , учебные пособия и список рассылки .
Одна его большая особенность - это модуль TranSIESTA, который позволяет производить транспортные расчеты с использованием нескольких электродов.
В качестве примера вот входной файл. Это свободный формат, и он предназначен для использования ключевых слов для задачи, которую вы хотите выполнить:
# ---------------------------------------------------------------------------
# Name and Label
# ---------------------------------------------------------------------------
SystemName BN-Cd-p0
SystemLabel BN-Cd-p0
# ---------------------------------------------------------------------------
# Lattice
# ---------------------------------------------------------------------------
LatticeConstant 12.787740 Ang
%block LatticeVectors
1.394587 0.000000 0.000000
0.000000 1.394587 0.000000
0.000000 0.000000 1.000000
%endblock LatticeVectors
# ---------------------------------------------------------------------------
# Species and Atoms
# ---------------------------------------------------------------------------
NumberOfSpecies 3
NumberOfAtoms 121
%block ChemicalSpeciesLabel
1 5 B
2 7 N
3 48 Cd
%endblock ChemicalSpeciesLabel
# ---------------------------------------------------------------------------
# Atomic Coordinates
# ---------------------------------------------------------------------------
AtomicCoordinatesFormat Ang
%block AtomicCoordinatesAndAtomicSpecies
12.92631935 8.92625145 2.84349444 1 1 B
12.92618164 8.92582742 7.10464184 1 2 B
12.93639581 8.92650310 11.36723889 1 3 B
.
.
.
12.20659949 6.53582303 9.93994222 2 117 N
12.73788419 7.68704422 0.71272677 1 118 B
12.72084758 7.68856837 4.97486209 1 119 B
12.73073524 7.68655704 9.23576392 1 120 B
8.91680374 2.17946810 5.76712116 3 121 Cd
%endblock AtomicCoordinatesAndAtomicSpecies
PAO.BasisSize DZP
MD.TypeOfRun CG
MD.NumCGsteps 0
MinSCFIterations 3
MaxSCFIterations 1000
SpinPolarized .true.
MeshCutoff 500 Ry
DM.MixingWeight 0.25
DM.NumberPulay 1
DM.Tolerance 0.001
XC.functional GGA
XC.authors PBE
SolutionMethod diagon
#############################
XML.Write .true.
---------------------------------------------------------------------------
# ---------------------------------------------------------------------------
XML.Write .true.
#############################
WriteEigenvalues .true.
WriteKbands .true.
WriteBands .true.
WriteWaveFunctions .true.
SaveRho .true.
SaveElectrostaticPotential .true.
UseSaveData .true.
%block kgrid_Monkhorst_Pack
1 0 0 0.0
0 1 0 0.0
0 0 20 0.0
%endblock kgrid_Monkhorst_Pack
%block BandLines
1 0.00 0.00 0.00 \Gamma #Starting from gamma point
200 0.00 0.00 1.00 Z #200 points from gamma to Z.
%endblock BandLines
%block LocalDensityOfStates
-20.00 0.00 eV
%endblock LocalDensityOfStates
%block ProjectedDensityOfStates
-7.0 1.0 0.05 1000 eV
%endblock ProjectedDensityOfStates
#################################
# Charge calculation #
#################################
WriteMullikenPop 1
WriteDenchar .true.
WriteHirshfeldPop .true.
WriteVoronoiPop .true.
SaveTotalCharge .true.
SaveBaderCharge .true.
#################################
КАСТЕП
Я бы рекомендовал КАСТЕП . Это не открытый исходный код, но у него есть бесплатная академическая лицензия. Он очень прост в использовании и удобен для начинающих, с разумными параметрами по умолчанию и имеет встроенную справочную систему. Система генерации псевдопотенциалов «на лету» упрощает выполнение расчетов и позволяет избежать некоторых распространенных ошибок. Распараллеливание MPI также выполняется автоматически и эффективно.
Однако вы не можете использовать его в коммерческих целях, поскольку он продается как часть Студии материалов.
Questaal
Интернет сайт: https://www.questaal.org/about/questaal/
Описание: Questaal - это самый продвинутый пакет DFT с открытым исходным кодом для изучения физики сильной корреляции в 3D-материалах. В деталях, Questaal реализует для этого модуль QSGW + DMFT.
При локализованных электронных орбиталях ($d-$ или $f-$типа) участвуют в состояниях вблизи уровня Ферми, эффект электронной корреляции не может быть учтен как малое возмущение (RPA), и необходимо использовать более точные методы. Код Questaal был сопряжен с решателем квантового Монте-Карло в непрерывном времени, разработанным К. Хауле и его коллегами. Это объединяет QSGW-описание решетки с современными подходами к теории динамического среднего поля. Этот код требует, чтобы был установлен Haule's CTQMC. Интерфейс этого кода - [lmfdmft].
Страница загрузки:https://www.questaal.org/get/
Опубликованные статьи с Questaal: https://www.questaal.org/news/categories/
Квантовый ЭСПРЕССО
Я думаю, вам следует выбрать код, который имеет много цитирований, подразумевая, что результаты, полученные с помощью этого кода, надежны и разумны, и он может решать различные физические проблемы. Среди кодов DFT у Quantum ESPRESSO более 12 тыс. Цитирований, и это может быть хорошим выбором.