检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：黎书华南京大学

在该项目中，课题组在发展新的量子化学方法与算法方面取得了一些显著进展：(1)在单参考耦合簇方法框架下，发展了对三激发组态进行杂化处理的CCSD(T)-h方法和基于轨道对相关的CC-nP(n=5,6)方法。两种方法对反应势能面和自由基体系的电... 详细信息

标准号: 1400520576

在该项目中，课题组在发展新的量子化学方法与算法方面取得了一些显著进展：(1)在单参考耦合簇方法框架下，发展了对三激发组态进行杂化处理的CCSD(T)-h方法和基于轨道对相关的CC-nP(n=5,6)方法。两种方法对反应势能面和自由基体系的电子结构均能提供非常精确的描述。特别是，CCSD(T)-h方法的计算标度与应用广泛的CCSD(T)方法类似，但其精度大大超越了后者；(2)在块相关耦合簇方法框架下，发展了计算分子低激发电子态的CAS-BCCC方法。该方法具有比常用的多参考激发态方法更高的精度；(3)发展并完善了两种线性标度的量子化学算法。经过发展，基于能量的分子片方法(GEBF)可广泛应用于生物大分子和有机分子聚集体的近似从头计算，能对其电子结构、性质给出较精确的量子力学描述；经过进一步完善，基于局域轨道的“Cluster-in-molecule”(CIM)方法则可对更普遍的大分子体系如金属酶、氧化物纳米晶等体系提供高精度的电子相关能。(4)在TDDFT框架下，首次实现了在原子轨道基组下解析计算激发态能量对核坐标的一阶导数，并且首次实现了激发态能量对核坐标或外电场二阶导数的解析计算，使TDDFT可应用于计算大分子电子激发态的稳定结构、共振Raman谱和激发态红外振动光谱。该算法将大大推进TDDFT在大分子激发态计算方面的应用；(5)将TDDFT方法与溶剂化模型和分子力学方法相结合，发展了杂化的TDDFT-CPCM和TDDFT-MM方法，可用于研究溶液相(或凝聚相)中的分子激发态电子结构和性质；(6)为了研究更复杂的分子聚集体的电子激发态，课题组发展了模型哈密顿方法。结合第一性原理计算确定了模型中的参数，研究了一系列有机分子聚集体的吸收和发射光谱。该项目的研究成果共发表论文41篇，主要发表在***.，***.等国际重要期刊上。项目组成员在29次国际学术会议上作大会或邀请报告，特别是，在2012年国际量子化学大会上作大会报告。

关键词：量子化学方法耦合簇方法线性标度算法

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材料计算大规模异构并行算法研究与实现

材料计算大规模异构并行算法研究与实现

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作者：贾伟乐中国科学院大学

学位级别：博士

第一原理计算是科学计算中最重要的一类计算。它以原子位置坐标为基本参数，通过平面波展开求解Kohn-Sham方程，得到精确的材料的光、电、磁等物理性质。然而其求解速度和求解规模仍是亟待解决的问题。尤其是材料基因组等大型材料搜索... 详细信息

第一原理计算是科学计算中最重要的一类计算。它以原子位置坐标为基本参数，通过平面波展开求解Kohn-Sham方程，得到精确的材料的光、电、磁等物理性质。然而其求解速度和求解规模仍是亟待解决的问题。尤其是材料基因组等大型材料搜索计划所倡导的高通量计算，对第一原理计算软件的绝对计算速度提出了更高的要求。\n 大型异构超级计算机为打破第一原理计算的绝对时间限制提供了新的机会。以图形处理单元为代表的异构处理部件，在设计时更多考虑能耗的因素，被普遍认为是百亿亿次超级计算机的必要部件。目前，以英特尔的集成多核架构处理器和英伟达的图形处理器为异构部件的天河2号和泰坦是超级计算机排名的前两名。\n 本文在异构超级计算机上，研究了平面波方法第一原理计算在大规模异构下的算法和并行，对直接局域密度近似方法和大规模线性标度算法分别进行研究，主要内容包括:\n 1.直接局域密度近似方法异构并行研究。该工作以汪林望博士的平面波计算软件PEtot为基础，提出第一原理异构架构下混合并行模式，从而将局域密度近似方法中的快速傅里叶变换置换到单个图形处理器中计算;重新设计异构算法，全部计算放到图形处理器中;并且提出一种普适于残量收敛计算的数据压缩算法，减少MPI数据通信。这一工作最终形成了异构第一原理计算软件SC_PEtot。测试结果显示，相比2016年刚刚发布的VASP软件的GPU版本，SC_PEtot代码计算速度有2-4倍的优势。\n 2.异构材料算法量化分析模型的建立。该工作针对SC_PEtot软件，建立了一套有效的材料算法量化分析模型，它主要用于分析异构材料计算软件的可扩展瓶颈和预测材料计算软件在超级计算机上的运行时间。针对不同体系的材料系统，该模型的预测结果与实际运行时间误差最大为8％。\n 3.线性标度大规模异构并行算法研究及优化。该工作以线性标度三维分片算法(LS3DF)为基础，研究了在数千图形处理器并行时的第一原理计算算法特征，针对异构超级计算机的硬件特点，作者将计算和通信部分分别进行了修改，特别是改变了LS3DF的原有的全局通信模式。在泰坦超级计算机上的测试结果显示，异构线性标度三维分片算法比原有代码加速4到10倍。

关键词：材料性能第一性原理计算软件开发异构环境并行处理局域密度近似法线性标度算法

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线性标度下密度泛函理论的间断有限元方法的算法设计与数值模拟

线性标度下密度泛函理论的间断有限元方法的算法设计与数值模拟

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作者：郭英龙北京大学

学位级别：硕士

本论文基于密度泛函理论,设计了间断有限元构造的线性标度的算法,并将该算法用于求解多电子系统的基态能量和基态密度分布。在密度矩阵最小化的格式中,我们使用间断有限元方法来描述支持函数,在此基础上进行求解。将问题描述为一个求最... 详细信息

本论文基于密度泛函理论,设计了间断有限元构造的线性标度的算法,并将该算法用于求解多电子系统的基态能量和基态密度分布。在密度矩阵最小化的格式中,我们使用间断有限元方法来描述支持函数,在此基础上进行求解。将问题描述为一个求最小值问题之后,我们可以解析地写出目标函数对各个变量的偏导数,然后利用共轭梯度法求解这个最小值问题。为了保证算法的线性标度性,需要容许两个近似,其一是近视原理,即通过局部截断,将各个物理量的计算都局部化;其二是引入辅助矩阵,弱化密度矩阵的幂等性要求。我们使用间断有限元结合带有物理背景的局部轨道函数来描述支持函数,使得算法具有高灵活性和高效率。混合函数中局部轨道函数能够抓住支持函数的主体部分,使得我们的方法在较粗尺寸的网格或者是较少的单元基函数情况下也能达到较精确的结果;而间断有限元部分则是对支持函数进行调整,能够保证方法的收敛性。因为间断有限元的函数空间并不是支持函数空间的子空间,所以我们还需要引入间断有限元内罚方法以保证方法的变分性,使得计算得到的最小值能量是随网格加密,单元基函数增加单调下降的。最后我们通过一维模型的两个算例(线性方程和非线性方程)来说明方法的收敛性和变分性,并通过对比说明局部轨道函数在方法中的作用。

关键词：密度泛函理论间断有限元线性标度算法数值模拟

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密度泛函理论及其数值方法新进展

引用

化学进展 2005年第2期17卷 192-202页

作者：李震宇贺伟杨金龙中国科学技术大学选键化学重点实验室合肥230026

综述了密度泛函理论及其数值方法的最新进展。密度泛函理论的发展以寻找合适的交换相关近似为主线 ,从最初的局域密度近似、广义梯度近似到现在的非局域泛函、自相互作用修正 ,多种泛函形式的相继出现使得密度泛函理论可以提供越来越精... 详细信息

综述了密度泛函理论及其数值方法的最新进展。密度泛函理论的发展以寻找合适的交换相关近似为主线 ,从最初的局域密度近似、广义梯度近似到现在的非局域泛函、自相互作用修正 ,多种泛函形式的相继出现使得密度泛函理论可以提供越来越精确的计算结果。除了交换相关近似的发展 ,近年来密度泛函理论向含时理论、相对论等方面的扩展也很活跃。另外 ,在密度泛函理论体系发展的同时 ,相应的数值计算方法的发展也非常迅速。从古老的有限差分、有限元到新兴的小波分析都被用来实现密度泛函理论的数值计算。与此同时 ,线性标度的密度泛函理论算法日趋成熟 ,使得通过密度泛函理论研究诸如生物大分子之类的体系成为可能。随着密度泛函理论本身及其数值方法的发展 ,它的应用也越来越广泛 ,一些新的应用领域和研究方向不断涌现。

关键词：密度泛函理论第一性原理含时密度泛函小波基组线性标度算法弱作用系统激发态

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大体系分区密度泛函计算方法

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化学学报 2004年第9期62卷 847-853,M003页

作者：胡向前王繁黎乐民北京大学化学与分子工程学院

提出一种新的对大体系进行分区密度泛函计算的方法 .将大体系划分为若干较小的区 ,每个小区是一个相对独立的量子力学子体系 ,计及其它区势场的影响和电子的Pauli排斥作用 ,可以进行相对独立的密度泛函计算 .对各子体系求解单电子方程 :... 详细信息

提出一种新的对大体系进行分区密度泛函计算的方法 .将大体系划分为若干较小的区 ,每个小区是一个相对独立的量子力学子体系 ,计及其它区势场的影响和电子的Pauli排斥作用 ,可以进行相对独立的密度泛函计算 .对各子体系求解单电子方程 :(FK+FKp)CK=SKCKεK　　K =A ,B ,C ,…式中FK,CK,SK,εK 分别为子体系K的Fock矩阵、轨道系数矩阵、基组重叠矩阵和本征值矩阵 ,FKp 起强制属于不同子体系的占据轨道之间保持正交的作用 .得到的轨道是分区定域化的 ,汇总各区的计算结果得出整个体系的电子结构信息 .通过对一些较大分子的计算 ,考察了几种因素对分区计算精度的影响 .结果表明 ,提出的方法是可行的 ,通过控制各区基组的大小 ,可以基本消除基组截断误差 ,得到精确的计算结果 .对于足够大的体系 ,本方法是一种线性标度算法 ;和文献报道的相关方法比较。

关键词：密度泛函计算分区计算方法线性标度算法冻芯近似计算量子化学分子体系分子轨道能量

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密度泛函理论的若干进展

引用

物理学进展 2000年第3期20卷 199-219页

作者：黄美纯厦门大学物理系厦门361005

密度泛函理论 (DFT)作为处理非均匀相互作用多粒子体系的近似方法已经在计算凝聚态物理、计算材料科学和计算量子化学诸多领域取得巨大成功并获得广泛应用。然而它也存在一些被广泛关注的弱点或困难。例如关于激发态问题 ,强关联问题和... 详细信息

密度泛函理论 (DFT)作为处理非均匀相互作用多粒子体系的近似方法已经在计算凝聚态物理、计算材料科学和计算量子化学诸多领域取得巨大成功并获得广泛应用。然而它也存在一些被广泛关注的弱点或困难。例如关于激发态问题 ,强关联问题和处理大原子数复杂体系方面的困难。本文将针对DFT在以上三方面的问题 ,评述近年来的主要努力和进展。着重介绍最近发展的含时间密度泛函理论 (TDDFT) ,它有可能发展成为处理激发态问题的标准方法。关于强电子关联体系的处理 ,主要介绍LDA以外的新发展 ,包括LDA ++方法和计及动力学平均场理论的LDA +DMFT方法。最后 ,评述DFT框架内的线性标度Order N算法的物理基础和主要策略。该算法将在处理大原子数复杂体系问题上发挥重要作用。

关键词：含时间密度泛函理论(TDDFT) 强关联体系线性标度算法

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