Tehdyt toimenpiteet
Laaja katsausartikkeli elektronirakennelaskuista GPAW-ohjelmistolla
02.07.2010
Tiheysfunktionaaliteoriaa käytetään laajasti monilla materiaalitieteen ja kvanttikemian aloilla. GPAW on uusi tiheysfunktionaaliteoriaan perustuva ohjelmisto, joka käyttää reaaliavaruuteen perustuvaa lähestymistapaa tarkkojen ja tehokkaiden simulaatioiden tuottamiseen eri materiaaliominaisuuksille. Laaja katsausartikkeli GPAW-ohjelmistosta julkaistiin Journal of Physics: Condensed Matter -lehdessä 22/2010.
| Tiheysfunktionaaliteoria on perinteisesti toteutettu käyttäen
tasoaaltoja tai lokalisoituja kantafunktioita. Tasavälisiä
reaaliavaruuden hiloja käyttävä GPAW-ohjelmisto tarjoaa useita etuja,
erityisesti hyvän laskennallisen skaalautuvuuden ja
systemaattisentarkkuuden kasvattamisen. GPAW:n ainutlaatuinen ominaisuus
on, että se mahdollistaa hilan lisäksi lokalisoitujen atomikeskisten
kantafunktioiden käytön. GPAW käyttää projector augmented wave (PAW)
–approksimaatiota, joka mahdollistaa tarkkojen laskujen tekemisen
kaikkien jaksollisen järjestelmän alkuaineiden kanssa. Tiheysfunktionaaliteorialla voidaan tutkia perustilan ominaisuuksia. GPAW-ohjelmistossa on toteutettuna myös ajasta riippuva tiheysfunktionaaliteoria, jonka avulla voidaan simuloida systeemien viritettyjen tilojen ominaisuuksia, kuten optista spektriä. Elektronien kuljetusominaisuuksia äärellisessä jännitteessä voidaan simuloida ohjelmistolla käyttäen epätasapainon Greenin funktio -menetelmää lokaalissa kannassa. Muita GPAW:n ominaisuuksia ovat esim. ∆SCF -menetelmä, röntgenabsorptiospektri ja maksimaalisesti lokalisoidut Wannier-funktiot. |
Metaanimolekyylin elektronilokalisaatiofunktio |
Tasavälinen reaaliavaruushila – menetelmä sopii hyvin ajettavaksi massiivisesti rinnakkaistetuissa supertietokoneissa, GPAW pystyy käyttämään tehokkaasti tuhansia prosessoreita. Ohjelmiston käyttöliittymä perustuu Atomic Simulation Environment (ASE) ympäristöön. Tämä ympäristö koostuu Python-moduleista, jotka luovat helppokäyttöisen ja joustavan välineistön laskutoimitusten asettamiseen, ajamiseen ja analysointiin.
GPAW on avoimen lähdekoodin projekti, jonka taustalla on löyhä organisaatio. Sen jatkokehittäminen perustuu osallistuvien tutkimusryhmien tarpeisiin. Tällä hetkellä työn alla on mm. staattisten ja dynaamisten vastefunktioiden laskeminen sekä ei-adiabaattinen elektroni-ioni dynamiikka.
Katsausartikkelin kirjoittajina on kansainvälinen ryhmä tutkijoita ja ohjelman kehittäjiä, 36 kirjoittajaa Suomesta, Ruotsista, Tanskasta, Saksasta ja USA:sta. Se perustuu osaksi CSC:n kehitysprojektin tuloksiin, joka toteutettiin Tekesin rahoittamana (2005 – 2008) yhdessä Teknillisen korkeakoulun, Tampereen teknillisen yliopiston, Jyväskylän yliopiston ja Tanskan teknillisen korkeakoulun kanssa.
Artikkelin tiedot
Jussi Enkovaara et al: Electronic structure calculations with GPAW: a real-space implementation of the projector augmented-wave method. J. Phys.: Condens. Matter 22 (2010) 253202. (Luettavana julkisesti 8.7. saakka) . Artikkeli on myös julkaistu eurooppalaisen elektronirakennelaskuverkoston Psi-K:n uutiskirjeessä nro 98, josta se on vapaasti luettavissa.
Lisätietoja
- Jussi Enkovaara, jussi.enkovaara at csc.fi, p. 09 457 2935
- GPAW-ohjelmiston avulla saavutettuja tutkimustuloksia:
| |
Kiraalisen kultananopartikkelin rakenne on ratkaistu |
| Kvanttikokoluokan ilmiöt kultarypään katalysoimassa hapetusreaktiossa | |
| Kaliumsaarten kirkkaat reunat johtuvat mittalaitteesta |
CSC - Tieteen tietotekniikan keskus Oy on voittoa tavoittelematon opetus- ja kulttuuriministeriön hallinnoima osakeyhtiö, joka tarjoaa korkeakouluille ja tutkimuslaitoksille tietoteknistä tukea ja resursseja: mallinnus-, laskenta- ja tietopalveluja. Tutkijat voivat käyttää Suomen laajinta tieteellisten ohjelmistojen ja tieteen tietokantojen valikoimaa sekä Suomen tehokkaimpia supertietokoneita Funet-tietoliikenneyhteyksien kautta.
