Оқтапұс: Кванттық-химиялық есептеулерге арналған бағдарламалық пакет
Octopus (software)
Octopus бағдарламасы DFT және TDDFT есептеулер үшін қолданылады. Электромагниттік өрістердегі молекулалық динамика, поляризация, сіңіру спектрлерін модельдеуге арналған.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Octopus - Кохн-Шам тығыздық функционалдық теориясы (DFT) және уақытқа тәуелді тығыздық функционалдық теориясы (TDDFT) есептеулерін жүзеге асыруға арналған бағдарламалық пакет. Octopus псевдопотенциалдарды және нақты кеңістіктегі сандық торларды қолдана отырып, уақыт өзгеретін электромагниттік өрістердің әсері астында Кохн-Шам орбиталдарын нақты уақытта таратуды жүзеге асырады. Бір, екі және үш өлшемді жүйелерді модельдеу үшін арнайы мүмкіндіктер қарастырылған. Octopus статикалық және динамикалық поляризациялануды, бірінші гиперполяризациялануды, статикалық магниттік сезімталдықты, сіңіру спектрлерін есептеуге және Эренфест және Кар-Парринелло әдістерімен молекулалық динамика модельдеуін жүргізуге болады. Код негізінен Фортран тілінде жазылған және GPL лицензиясымен таратылады. Соңғы 13.0 нұсқасы 2023 жылдың 28 маусымында жарияланды.
Octopus is a software package for performing KohnSham density functional theory (DFT) and time dependent density functional theory (TDDFT) calculations. Octopus employs pseudopotentials and real space numerical grids to propagate the KohnSham orbitals in real time under the influence of time varying electromagnetic fields. Specific functionality is provided for simulating one , two , and three dimensional systems. Octopus can calculate static and dynamic polarizabilities and first hyperpolarizabilities, static magnetic susceptibilities, absorption spectra, and perform molecular dynamics simulations with Ehrenfest and Car–Parrinello methods. The code is written predominantly in Fortran and is released under the GPL. The latest version 13.0 was released June 28th, 2023.
Нысаналы проблемалар
Молекулалардың немесе кластерлердің сызықтық оптикалық (яғни электрондық) жауабы, сондай-ақ екінші реттік сызықтық емес жауабы. Иондық және электрондық еркіндік дәрежелерін ескере отырып, классикалық жоғары интенсивті электромагниттік өрістерге сызықтық емес жауап беру. Кванттық нүктелер сияқты төмен өлшемді жүйелердің негізгі және қозған күйдегі электрондық қасиеттері. Молекулалардың фотоиндуцирленген реакциялары (мысалы, фотодиссоциация, фотоизомеризация және т.б.). Алдағы уақытта осы әдістерді бір немесе бірнеше өлшемде шексіз және периодты жүйелерге (полимерлер, жалақтар, нанотүтіктер, қатты денелер) және электрондық тасымалдауға қолдану.
Linear optical (i. e. electronic) response of molecules or clusters, also second order nonlinear response. Non linear response to classical high intensity electromagnetic fields, taking into account both the ionic and electronic degrees of freedom. Ground state and excited state electronic properties of systems with lower dimensionality, such as quantum dots. Photo induced reactions of molecules (e. g., photo dissociation, photo isomerization, etc.). In the immediate future, extension of these procedures to systems that are infinite and periodic in one or more dimensions (polymers, slabs, nanotubes, solids), and to electronic transport.
Әдістеме
Сандық түрде бейнелеу ретінде код негіздік жиынтықтарсыз, тек сандық торларға сүйене отырып жұмыс істейді. Дегенмен, қажет болған жағдайда қосымша негіздік жиынтықтар (жазық толқындар, атомдық орбитальдар) қолданылады. Жақында код проблеманың біркелкі еместігіне бейімделетін біркелкі емес торлармен жұмыс істеу және есептеулерді жеделдету үшін көп торлы техникаларды пайдалану мүмкіндігін ұсынады. Көптеген есептеулер үшін код екі типті псевдопотенциалдарды қолдануға негізделген: Труллиер-Мартинс және Хартвигсен-Годекер-Хуттер. Стандартты 3 өлшемді жүйелерді өңдеуден өзге, 2D және 1D режимдері де қолжетімді. Мысалы, олар кванттық нүктелердің кең класын сипаттайтын екі өлшемді электрондық газды зерттеу үшін пайдалы.
As numerical representation, the code works without a basis set, relying on numerical meshes. Nevertheless, auxiliary basis sets (plane waves, atomic orbitals) are used when necessary. Recently, the code offers the possibility of working with non uniform grids, which adapt to the inhomogeneity of the problem, and of making use of multigrid techniques to accelerate the calculations. For most calculations, the code relies on the use of pseudopotentials of two types: Troullier Martins, and Hartwigsen Goedecker Hutter. In addition to being able to treat systems in the standard 3 dimensions, 2D and 1D modes are also available. These are useful for studying, e. g., the two dimensional electron gas that characterizes a wide class of quantum dots.
Техникалық аспектілер
Код параллель кеңейтімділікке баса назар бейімделіп жобаланған. Осының салдарынан, ол бірнеше тапсырманы бөлуге мүмкіндік береді, бұл үшін торды бөлу бағдарламалық жасақтамасы, MPI және OpenMP қолданылады. Кодтың басым бөлігі Fortran 90 тілінде жазылған. C сияқты басқа тілдер де пайдаланылады. Бұл пакет GNU General Public License (GPL) лицензиясымен таратылады. Осыған байланысты, оны кез келген адам Octopus git репозиторийінен пайдалануға, қарастыруға және өзгертуге құқылы.
The code has been designed with emphasis on parallel scalability. In consequence, it allows for multiple task divisions, this utilises mesh division software, MPI and OpenMP. The language of most of the code is Fortran 90. Other languages, such as C, are also used. The package is licensed under the GNU General Public License (GPL). In consequence, it is available for use, inspection, and modification for anyone, at the Octopus git repository.