CASTEP (originalmente de CA mbridge S erial T otal E nergy P ackage) es un paquete de software académico y comercial de fuente compartida que utiliza la teoría funcional de densidad con un conjunto de bases de ondas planas Calcular las propiedades electrónicas de sólidos cristalinos, superficies, moléculas, líquidos y materiales amorfos desde los primeros principios. CASTEP permite la optimización de la geometría y la dinámica molecular de temperatura finita con simetría implícita y restricciones geométricas, así como el cálculo de una amplia variedad de propiedades derivadas de la configuración electrónica. Aunque CASTEP era originalmente un programa serial basado en Fortran 77, fue completamente rediseñado y reescrito de 1999 a 2001 usando Fortran 95 y MPI para su uso en computadoras paralelas por investigadores de las Universidades de York , Durham , St. Andrews , Cambridge y Rutherford. Laboratorios .
Desarrollador (es) | Grupo de desarrolladores de Castep |
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Lanzamiento estable | 20.1 / 31 de diciembre de 2019 |
Repositorio | |
Escrito en | Fortran 2003 con OpenMP y MPI |
Sistema operativo | Linux , MacOS , Windows |
Tipo | Teoría funcional de la densidad (simulación) |
Licencia | Académico (mundial) / Comercial |
Sitio web | www |
Historia
CASTEP se creó a finales de los 80 y principios de los 90 en el Grupo TCM del Laboratorio Cavendish de Cambridge. [1] Entonces era un código académico escrito en Fortran77. A mediados de la década de 1990 se comercializó mediante la concesión de una licencia a Molecular Simulations International (la empresa fue posteriormente comprada por Accelrys, a su vez comprada por Biovia) en un acuerdo mediante el cual la Universidad de Cambridge recibió una parte de las regalías y gran parte del desarrollo. permaneció con los autores académicos originales. Luego, el código se rediseñó y se reescribió por completo entre 1999 y 2001 para hacer uso de las características del Fortran moderno, permitir el paralelismo en todo el código y mejorar la sostenibilidad del software. En este punto, las ventas anuales superaron el millón de libras esterlinas. [2] A pesar de su comercialización, CASTEP y su código fuente permanecieron libres para los académicos del Reino Unido.
En 2019, la licencia académica gratuita se extendió al uso académico en todo el mundo (no solo en la academia del Reino Unido). Los usuarios comerciales pueden comprar CASTEP como parte del paquete Materials Studio de Biovia. [3]
Teoría y aproximaciones
Partiendo de la función de onda de muchos cuerpos, se hace una aproximación adiabática con respecto a las coordenadas nucleares y electrónicas (la aproximación de Born-Oppenheimer ). El código también hace uso del teorema de Bloch, lo que significa que una función de onda de un sistema periódico tiene un factor periódico de celda y un factor de fase. El factor de fase está representado por una onda plana. A partir del uso del teorema de Bloch, es ideal escribir la función de onda en ondas planas para el factor periódico de celda y el factor de fase. A partir de esto, las funciones base son ortogonales y es fácil realizar una transformada de Fourier del espacio real al recíproco y viceversa. Las transformadas rápidas de Fourier se utilizan en todo el código CASTEP, al igual que el método de suma de Ewald para energías Coulombic. Junto con las ondas planas y los métodos de diagonalización iterativa (a través de un gradiente conjugado o algoritmos de Davidson bloqueados), los pseudopotenciales son esenciales para el código CASTEP para reducir el gasto computacional del cálculo. Los pseudopotenciales reemplazan el núcleo atómico y los electrones del núcleo por un potencial numérico efectivo.
Optimización de geometría
CASTEP es capaz de optimizar la geometría atómica de un sistema de varias formas diferentes. El valor predeterminado es BFGS , mediante el cual se construye una aproximación a la matriz hessiana a lo largo de sucesivos pasos de minimización electrónica y se utiliza para encontrar una dirección de búsqueda en cada uno. La dinámica molecular amortiguada también es posible y, a menudo, converge rápidamente, a veces incluso más rápido que BFGS, debido a la extrapolación de la función de onda. Sin embargo, la MD amortiguada se elige con mayor frecuencia sobre BFGS, debido a la posibilidad de restricciones de iones no lineales. Otra alternativa es el esquema FIRE, que adopta aproximadamente el mismo enfoque que el MD amortiguado, pero basado en una metodología ligeramente diferente.
Ver también
Referencias
- ^ Sitio web de TCM, sección de historia
- ^ Evolución de CASTEP "Cambridge Enterprise Annual Review 2009" consultado el 8 de agosto de 2016
- ^ "Getting CASTEP", consultado el 8 de agosto de 2016