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International Workshop on Mathematical Theory, Methods and Application in Materials Simulation

【Online】强关联电子体系第一性原理DFT+DMFT计算方法简介

Speaker

Yu Liu , Institute of Applied Physics and Computational Mathematics

Time

10 Apr, 10:50 - 11:30

Abstract

强关联电子体系通常是指一类包含部分填充的d/f 壳层电子的体系。这一类体系对外界的电磁、温度、压力和掺杂等情况极为敏感。拥有反常膨胀、反常熔化等奇特物性的钚材料,连同重要工业领域中某些重要的超导、巨磁阻、光电和高效催化材料均属于该类材料,这使得人们对强关联电子体系的高效、可靠的第一性原理模拟手段有着迫切需求。但是,成熟的密度泛函方法(Density Functional Theory,DFT)由于其单电子特征以及自相互作用误差,使其从原理上无法正确模拟强关联电子体系。目前最为成功的模拟策略之一是将传统的密度泛函方法与求解强关联电子模型的动态平均场近似(Dynamical Mean Field Theory,DMFT)的方法相耦合,常被成为密度泛函+动态平均场近似(DFT+DMFT)方法。DFT+DMFT方法目前已初步成功应用于强关联体系的电子结构和总能量的计算中,然而其较高的算法复杂度与耦合DFT造成的收敛问题使得这一方法尚未在实际材料模拟中被大规模使用。

为了降低计算代价,提高方法收敛的稳定性,相关领域的研究人员已做过许多有意义的尝试,如提高DMFT解法器的并行效率和内循环收敛性、提高DFT+DMFT耦合器的信息处理效率和外循环收敛性。然而,该方法的计算代价仍高出传统密度泛函3~4个数量级,存在较大的改进空间。这里我们将对目前DFT+DMFT算法研究的进展进行梳理,针对目前流行的几种解法器与DFT耦合方案阐述其原理及影响其效率的关键问题,从而支撑进一步的方法改进。