【摘 要】
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基于密度泛函理论的传统电子结构计算方法由于系统大小而固有的立方标度已经无法满足研究的现状,迫切地需要发展一种计算的时间和内存与系统大小成线性增加的方法,这就是所谓的
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基于密度泛函理论的传统电子结构计算方法由于系统大小而固有的立方标度已经无法满足研究的现状,迫切地需要发展一种计算的时间和内存与系统大小成线性增加的方法,这就是所谓的线性标度算法。实现线性标度算法的物理基础是量子力学中的局域性,由于多贝西小波在实空间和傅里叶空间都是正交的和局域的,已经成为电子结构计算的一个强大的系统基组。尽管部分算法物理方面可以很好的适应线性标度算法,但是实现时通常会产生一些小误差,并且大部分实施会经历一个线性复杂度,这会限制计算的精确度。如果想要摆脱这种限制,需要对网格间距、原子中心、原子周围的局部区域半径等参量进行微调,不利于应用。 在本论文中,我们研究了国际上最新开展的基于利用多贝西小波构建一组最小局部化自适应收缩基函数的线性标度算法,分析发现该算法使用了 BigDFT软件包,能够得到任意高度的Kohn-Sham轨道并且精度可控。通过对基函数严格的局域性的进一步研究,我们明确这种方法可以减少密度泛函计算的复杂度,结合稀疏矩阵代数能够得到关于系统中电子数量的线性标度。通过数值实验分析,我们发现在拥有稳定计算资源的条件下,实现千个以上原子以上的系统计算变得可行。 本文的研究工作如下:(1)本文通过调研国内外有关多贝西小波密度泛函理论计算方面的文献,总结了有关密度泛函理论算法方面的最新研究动态,特别阐述了密度泛函计算中线性标度算法的进展;(2)详细介绍了基于多贝西小波的密度泛函计算方法,以及其对应的线性标度实现;(3)在高性能计算平台上,通过对BigDFT1.7.1软件安装调度和使用,分析了线性标度BigDFT程序的具体应用性能,给出了线性标度密度泛函算例的计算实例。
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