Efficiency of ab-initio total energy calculations for metals and semiconductors using a plane-wave basis set

从头算 哈密顿量(控制论) 密度泛函理论 基准集 统计物理学 从头算量子化学方法 电子结构 量子力学 自由度(物理和化学) 声子 四面体 化学 物理 平面波 分子 数学 数学优化 结晶学
作者
Georg Kresse,J. Furthmüller
出处
期刊:Computational Materials Science [Elsevier BV]
卷期号:6 (1): 15-50 被引量:64799
标识
DOI:10.1016/0927-0256(96)00008-0
摘要

We present a detailed description and comparison of algorithms for performing ab-initio quantum-mechanical calculations using pseudopotentials and a plane-wave basis set. We will discuss: (a) partial occupancies within the framework of the linear tetrahedron method and the finite temperature density-functional theory, (b) iterative methods for the diagonalization of the Kohn-Sham Hamiltonian and a discussion of an efficient iterative method based on the ideas of Pulay's residual minimization, which is close to an order Natoms2 scaling even for relatively large systems, (c) efficient Broyden-like and Pulay-like mixing methods for the charge density including a new special ‘preconditioning’ optimized for a plane-wave basis set, (d) conjugate gradient methods for minimizing the electronic free energy with respect to all degrees of freedom simultaneously. We have implemented these algorithms within a powerful package called VAMP (Vienna ab-initio molecular-dynamics package). The program and the techniques have been used successfully for a large number of different systems (liquid and amorphous semiconductors, liquid simple and transition metals, metallic and semi-conducting surfaces, phonons in simple metals, transition metals and semiconductors) and turned out to be very reliable.
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