論文の概要: Robust linear-scaling optimization of compact localized orbitals in density functional theory

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2004.05901v2
• Date: Thu, 30 Sep 2021 16:13:28 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-05-25 08:23:24.658964
• Title: Robust linear-scaling optimization of compact localized orbitals in density functional theory
• Title（参考訳）: 密度汎関数理論におけるコンパクト局在軌道のロバスト線形スケーリング最適化
• Authors: Yifei Shi, Jessica Karaguesian, Rustam Z. Khaliullin
• Abstract要約: 基底関数の局所部分集合の観点から厳密に拡張されたコンパクトな1電子軌道の局所性は密度汎関数理論において利用することができる。 コンパクト軌道の遅く不安定な最適化は、コンパクト軌道のほぼ不変な混合に由来することを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.232614032390373
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Locality of compact one-electron orbitals expanded strictly in terms of local subsets of basis functions can be exploited in density functional theory (DFT) to achieve linear growth of computation time with systems size, crucial in large-scale simulations. However, despite advantages of compact orbitals the development of practical orbital-based linear-scaling DFT methods has long been hindered because a compact representation of the electronic ground state is difficult to find in a variational optimization procedure. In this work, we show that the slow and unstable optimization of compact orbitals originates from the nearly-invariant mixing of compact orbitals that are mostly but not completely localized within the same subsets of basis functions. We also construct an approximate Hessian that can be used to identify the problematic nearly-invariant modes and obviate the variational optimization along them without introducing significant errors into the computed energies. This enables us to create a linear-scaling DFT method with a low computational overhead that is demonstrated to be efficient and accurate in fixed-nuclei calculations and molecular dynamics simulations of semiconductors and insulators.
• Abstract（参考訳）: 基底関数の局所部分集合の観点から厳密に拡張されたコンパクトな1電子軌道の局所性は、密度汎関数理論(dft)で活用でき、大規模シミュレーションにおいて重要な計算時間の線形成長を達成することができる。 しかし、コンパクト軌道の利点にもかかわらず、電子基底状態のコンパクトな表現が変分最適化法では見つからないため、実用的な軌道ベース線形スケーリングDFT法の開発は長い間妨げられてきた。 本研究では、コンパクト軌道の遅く不安定な最適化は、主に同じ基底関数のサブセットに完全に局在していないコンパクト軌道のほとんど不変な混合に由来することを示す。 また,問題のある近不変モードを同定し,それに沿って変分最適化を省略するために,計算エネルギーに重大な誤差を生じさせることなく,近似ヘッシアンを構成する。 これにより、固定核計算や半導体および絶縁体の分子動力学シミュレーションにおいて効率的かつ正確な計算オーバーヘッドの少ない線形スケーリングDFT法を作成することができる。

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