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八秩芳华 • 恒元物理学讲座(第262期)


时间:2024/04/10 10:28:54来源:威廉希尔点击量:

报告题目:大尺度器件材料第一性原理仿真:缀加屏蔽球面波和随机格林函数方法

报告人:柯友启 研究员,上海科技大学

报告时间:2024年4月12日(星期五)上午10:00-11:30

报告地点:致知楼3624会议室 

报告摘要:

Kohn-Sham密度泛函理论(DFT)是当今材料和器件第一性原理计算的一个核心方法,如何快速求解Kohn-Sham方程是实现大尺度器件材料DFT仿真的关键问题。其中主要涉及方程离散化表示以及矩阵方程的求解方法两个问题。本报告将介绍我们最近完成的相关工作:(I)缀加屏蔽球面波(ASSW)具有高度局域化且最小完备性和高物理透明度的特点,可以实现Kohn-Sham体系的最小表示,但面临复杂间隙区准确全电荷密度,全势能以及高精度哈密顿量矩阵的方便计算等难点。我们通过引入一个光滑的辅助缀加屏蔽球面波,并结合实空间高精度计算技术来实现全电子全势能的ASSW-DFT电子结构自洽计算方法,得到了准确的材料系统的总能。(II)传统求解Kohn-Sham方程一般涉及其本征态的全态计算,其计算复杂度是立方标度,严重限制了材料模拟的尺寸,因此亟待发展低线性标度的DFT计算方法。我们最近将随机态结合格林函数方法,即随机格林函数方法,并利用Krylov子空间投影技术来实现低线性标度求解Kohn-Sham系统的密度矩阵。对于大体系,相对于传统方法,随机格林函数可以获得多个数量级的加速,使直接计算变得可行。我们发现对于水分子团簇,与严格计算对比,可以取得总能误差小于1 meV/H2O。

报告人简介:

柯友启,上海科技大学物质科学与工程学院终身教授和研究员;2011在加拿大麦吉尔大学物理系获得博士学位,师从Hong Guo教授,之后进入普林斯顿大学Emily Ann Carter教授课题组从事博士后研究,2014年加入上海科技大学, 至今已经在PRL,PRB,JPCL等核心期刊发表研究论文近40篇。柯友启的研究主要集中在材料和器件全量子仿真的计算方法,已开展的工作包括:(I) 针对无序纳米电子器件模拟,发展第一性原理非平衡态平均场方法;(II) 开发基于缀加屏蔽球面波紧束缚最小表示的全电子全势DFT计算方法;(III) 针对大尺度材料和器件仿真难题,发展低线性标度的随机格林函数方法;(IV)针对广义非对角无序难题,发展辅助平均场理论。基于这些理论方法的发展,已经形成了一个自主发展的原子级仿真程序系统SIGMAX。

 

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