論文の概要: Ab initio electron-lattice downfolding: potential energy landscapes, anharmonicity, and molecular dynamics in charge density wave materials

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2303.07261v3
• Date: Tue, 16 Jan 2024 14:38:46 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-01-18 21:50:59.276142
• Title: Ab initio electron-lattice downfolding: potential energy landscapes, anharmonicity, and molecular dynamics in charge density wave materials
• Title（参考訳）: Ab initio電子格子ダウンフォールディング:電荷密度波材料におけるポテンシャルエネルギー景観、非調和性、分子動力学
• Authors: Arne Schobert, Jan Berges, Erik G. C. P. van Loon, Michael A. Sentef, Sergey Brener, Mariana Rossi, and Tim O. Wehling
• Abstract要約: 計算上の課題は、特に大規模システム、長期スケール、非平衡系、強い相関関係を持つシステムにおいて発生する。 本研究は, 電子面の電子的特性と原子核運動のシミュレーションを促進するために, ダウンフォールディングアプローチが, 電子面の複雑さの低減をいかに促進するかを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The interplay of electronic and nuclear degrees of freedom presents an outstanding problem in condensed matter physics and chemistry. Computational challenges arise especially for large systems, long time scales, in nonequilibrium, or in systems with strong correlations. In this work, we show how downfolding approaches facilitate complexity reduction on the electronic side and thereby boost the simulation of electronic properties and nuclear motion - in particular molecular dynamics (MD) simulations. Three different downfolding strategies based on constraining, unscreening, and combinations thereof are benchmarked against full density functional calculations for selected charge density wave (CDW) systems, namely 1H-TaS$_2$, 1T-TiSe$_2$, 1H-NbS$_2$, and a one-dimensional carbon chain. We find that the downfolded models can reproduce potential energy surfaces on supercells accurately and facilitate computational speedup in MD simulations by about five orders of magnitude in comparison to purely ab initio calculations. For monolayer 1H-TaS$_2$ we report classical replica exchange and quantum path integral MD simulations, revealing the impact of thermal and quantum fluctuations on the CDW transition.
• Abstract（参考訳）: 電子と核の自由度の相互作用は、凝縮物質物理学と化学において際立った問題をもたらす。 計算上の課題は、特に大規模システム、長期スケール、非平衡システム、強い相関を持つシステムにおいて発生する。 本研究では, ダウンフォールディングアプローチが電子的側面における複雑さの低減を促進し, 電子的性質と核運動のシミュレーション, 特に分子動力学 (md) シミュレーションを促進させることを示す。 1H-TaS$_2$, 1T-TiSe$_2$, 1H-NbS$_2$, 1次元炭素鎖を含む選択電荷密度波(CDW)系のフル密度関数計算に対して, 制約, アンスクリーニング, 組み合わせに基づく3つの異なる下降戦略をベンチマークした。 ダウンフォールドモデルはスーパーセル上のポテンシャルエネルギー表面を正確に再現でき、純粋にab initio計算と比較して約5桁のmdシミュレーションで計算速度を上げることができる。 1H-TaS$_2$の場合、古典的なレプリカ交換と量子パス積分MDシミュレーションを報告し、CDW遷移に対する熱的および量子的変動の影響を明らかにした。

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