密度泛函理论的高阶数值方法
批准号:
12326362
项目类别:
数学天元基金项目
资助金额:
10.0 万元
负责人:
况阳
依托单位:
学科分类:
微分方程数值解的基础理论与方法
结题年份:
2024
批准年份:
2023
项目状态:
已结题
项目参与者:
况阳
中文摘要
密度泛函理论(Density Functional Theory, DFT)在电子结构计算中扮演重要角色。随着材料科学的发展和应用需求的提升,化学精度成为当前DFT计算的重要目标。然而,为达到化学精度,线性的有限元离散方法对于基函数需求非常庞大,这就要求离散方法是高阶的。而高阶离散方法可能会增加计算成本和存储需求。本项目旨在建立一个适用于DFT计算的高阶NURBS框架,并针对其中的计算困难提出相应的解决方法。一方面,引入基于调和映射的移动网格方法提升数值模拟精度,并促进NURBS框架适用DFT中更复杂的计算场景;另一方面,本项目计划针对高阶格式的计算挑战包括离散系统的构造、特征值问题的求解、线性系统的求解提出高效计算的方案。
英文摘要
Density functional theory (DFT) plays an important role in electronic structure calculations. With the development of materials science and the increasing demand for applications, chemical accuracy has become an important goal in current DFT calculations. However, in order to achieve chemical accuracy, linear finite element discretization methods have a huge demand for basis functions, which requires the discretization method to be higher-order. Higher-order discrete methods may increase computational costs and storage requirements. The purpose of this project is to establish a NURBS framework that is higher-order for DFT computation and to propose corresponding solutions to the computational difficulties involved. On the one hand, the moving mesh method based on the Harmonic maps is introduced to improve the accuracy of numerical simulation and promote the application of the NURBS framework to more complex computing scenarios in DFT; On the other hand, this project plans to propose efficient implementations for the computational challenges of higher-order schemes include the construction of discrete systems, the solution of eigenvalue problems, and the solution of the linear system.
密度泛函理论(Density Functional Theory, DFT)在电子结构计算中至关重要,而实现化学精度是当前DFT计算的核心挑战。传统线性有限元方法需庞大的基函数空间,计算成本高昂,因此高阶离散方法成为提升精度与效率的关键。本项目探索高阶数值方法在DFT中的应用:针对原子结构计算,引入移动网格技术优化网格分布;针对三维分子结构计算,开发基于高阶NURBS的自适应等几何求解器,并结合层次B样条和残差误差指示器实现局部网格加密。数值实验表明,该方法能以更少自由度达到化学精度,例如甲烷分子的全电子计算仅需6355个自由度,优于传统方法,为大规模电子结构计算提供了高效高精度的数值框架。
免正交化方法和自适应方法在电子结构计算中的应用
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批准号:--
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:30万元
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批准年份:2022
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负责人:况阳
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依托单位:
国内基金
海外基金