SIESTA ( Iniciativa Española de Simulaciones Electrónicas con Miles de Átomos ) es un método original y su implementación en programa informático, para realizar cálculos eficientes de estructuras electrónicas y simulaciones ab initio de dinámica molecular de moléculas y sólidos. La eficiencia de SIESTA se deriva del uso de conjuntos de bases estrictamente localizados y de la implementación de algoritmos de escala lineal que se pueden aplicar a los sistemas adecuados. Una característica muy importante del código es que su precisión y costo se pueden ajustar en una amplia gama, desde cálculos exploratorios rápidos hasta simulaciones altamente precisas que coinciden con la calidad de otros enfoques, como los métodos de ondas planas y todos los electrones.
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Versión inicial | 1996 |
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Lanzamiento estable | 4.1.5 [1] / 4 de febrero de 2021 |
Repositorio | gitlab |
Escrito en | Fortran |
Disponible en | inglés |
Tipo | Quimica computacional |
Licencia | GPLv3 |
Sitio web | siesta-project |
A partir de | 2021 |
El backronym de SIESTA es Iniciativa Española de Simulaciones Electrónicas con Miles de Átomos.
Desde el 13 de mayo de 2016, con el anuncio de la versión 4.0, SIESTA se lanza bajo los términos de la licencia de código abierto GPL . Los paquetes fuente y el acceso a las versiones de desarrollo se pueden obtener desde la plataforma DevOps en GitLab . [2]
Características
SIESTA tiene estas características principales:
- Utiliza el método funcional de densidad autoconsistente estándar de Kohn-Sham en las aproximaciones de densidad local (LDA-LSD) y gradiente generalizado (GGA), así como en un funcional no local que incluye interacciones de van der Waals (VDW-DF).
- Utiliza pseudopotenciales que conservan las normas en su forma completamente no local (Kleinman-Bylander).
- Utiliza orbitales atómicos como conjunto base, lo que permite momentos angulares y zeta múltiples ilimitados, polarización y orbitales fuera del sitio. La forma radial de cada orbital es numérica y el usuario puede utilizar y proporcionar cualquier forma, con la única condición de que tenga un soporte finito, es decir, que sea estrictamente cero más allá de una distancia proporcionada por el usuario del correspondiente núcleo. Los conjuntos de bases de soporte finito son la clave para calcular las matrices hamiltonianas y superpuestas en operaciones O (N).
- Proyecta las funciones de onda y la densidad de los electrones en una cuadrícula del espacio real para calcular los potenciales de Hartree y de correlación de intercambio y sus elementos de matriz.
- Además del método estándar de autoestado de Rayleigh-Ritz, permite el uso de combinaciones lineales localizadas de los orbitales ocupados (enlace de valencia o funciones similares a Wannier), haciendo que el tiempo y la memoria de la computadora escalen linealmente con el número de átomos. Las simulaciones con varios cientos de átomos son factibles con modestas estaciones de trabajo.
- Está escrito en Fortran 95 y la memoria se asigna dinámicamente.
- Puede compilarse para ejecución en serie o en paralelo (bajo MPI).
SIESTA proporciona habitualmente:
- Energías totales y parciales.
- Fuerzas atómicas.
- Medidor de estrés.
- Momento dipolo eléctrico.
- Poblaciones atómicas, orbitales y de enlace ( Mulliken ).
- Densidad de electrones.
Y también (aunque no todas las opciones son compatibles):
- Relajación de geometría, celda fija o variable.
- Dinámica molecular de temperatura constante (termostato de nariz).
- Dinámica celular variable (Parrinello-Rahman).
- Gire los cálculos polarizados (colineales o no).
- k-muestreo de la zona de Brillouin .
- Densidad de estados local y orbital-proyectada .
- Curvas COOP y COHP para análisis de enlaces químicos.
- Polarización dieléctrica .
- Vibraciones (fonones).
- Estructura de la banda .
- Transporte balístico de electrones en no equilibrio (a través de TranSIESTA)
Fortalezas de SIESTA
Las principales fortalezas de SIESTA son:
- Código flexible en precisión
- Puede abordar sistemas computacionalmente exigentes (sistemas actualmente fuera del alcance de los códigos de onda plana)
- Paralelización de alta eficiencia
- Soporte para un uso profesional
El uso de una combinación lineal de orbitales atómicos numéricos convierte a SIESTA en un código DFT flexible y eficiente. SIESTA es capaz de producir cálculos muy rápidos con pequeños conjuntos de bases, lo que permite sistemas informáticos con mil átomos. Al mismo tiempo, el uso de bases más completas y precisas permite lograr precisiones comparables a las de los cálculos de ondas planas estándar, aún con un costo computacional ventajoso.
Soluciones implementadas
SIESTA está en continuo desarrollo desde su implementación en 1996. Las principales soluciones implementadas en la versión actual son:
- Cálculos polarizados de espín colineales y no colineales
- Implementación eficiente del funcional de Van der Waals
- Implementación de la función Wannier
- Módulo TranSIESTA / TBTrans con cualquier número de electrodos N> = 1
- Correcciones de Coulomb in situ (DFT + U)
- Descripción de electrones localizados fuertes, óxidos de metales de transición.
- Acoplamiento de giro-órbita (SOC)
- Aislante topológico, estructuras semiconductoras y cálculos de transporte cuántico
- NEB (banda elástica empujada) (interfaz con LUA )
Soluciones en desarrollo
- Aproximación GW
- DFT dependiente del tiempo ( TDDFT )
- Funcionales híbridos
- Despliegue de banda
- Solucionador de Poisson en el espacio real
Herramientas de posprocesamiento
Se han desarrollado varias herramientas de posprocesamiento para SIESTA . Estos programas pueden ser útiles para procesar los resultados de SIESTA o para complementar la funcionalidad del programa.
Aplicaciones
Desde su implementación, SIESTA se ha vuelto bastante popular, siendo cada vez más utilizado por investigadores en geociencias, biología e ingeniería (además de aquellos en su hábitat natural de física y química de materiales) y se ha aplicado a una gran variedad de sistemas que incluyen superficies, adsorbidos. , nanotubos, nanoclusters, moléculas biológicas, semiconductores amorfos, películas ferroeléctricas, metales de baja dimensión, etc. [3] [4] [5]
Ver también
Referencias
- García, Alberto; Papior, Nick; Akhtar, Arsalan; Artacho, Emilio; Blum, Volker; Bosoni, Emanuele; Brandimarte, Pedro; Brandbyge, Mads; Cerdá, JI; Corsetti, Fabiano; Cuadrado, Ramón; Dikan, Vladimir; Ferrer, Jaime; Gale, Julian; García-Fernández, Pablo; García-Suárez, VM; García, Sandra; Huhs, Georg; Illera, Sergio; Korytár, Richard; Koval, Peter; Lebedeva, Irina; Lin, Lin; López-Tarifa, Pablo; G. Mayo, Sara; Mohr, Stephan; Ordejón, Pablo; Postnikov, Andrei; Pouillon, Yann; Pruneda, Miguel; Robles, Roberto; Sánchez-Portal, Daniel; Soler, José M .; Ullah, Rafi; Yu, Victor Wen-zhe; Junquera, Javier (2020). "Siesta: Desarrollos y aplicaciones recientes". Revista de Física Química . 152 (20): 204108. doi : 10.1063 / 5.0005077 . hdl : 10902/20680 . Postprint disponible en hdl : 10261/213028 .
- Izquierdo, J .; Vega, A .; Balbás, L .; Sánchez-Portal, Daniel; Junquera, Javier; Artacho, Emilio; Soler, José; Ordejón, Pablo (2000). "Estudio sistemático ab initio de las propiedades electrónicas y magnéticas de diferentes sistemas de hierro puro y mixto". Physical Review B . 61 (20): 13639. Código Bibliográfico : 2000PhRvB..6113639I . doi : 10.1103 / PhysRevB.61.13639 .
- Robles, R .; Izquierdo, J .; Vega, A .; Balbás, L. (2001). "Estudio de todos los electrones y pseudopotenciales de la polarización de espín de la superficie V (001): LDA versus GGA". Physical Review B . 63 (17): 172406. arXiv : cond-mat / 0012064 . Código bibliográfico : 2001PhRvB..63q2406R . doi : 10.1103 / PhysRevB.63.172406 .
- Soler, José M .; Artacho, Emilio; Gale, Julian D; García, Alberto; Junquera, Javier; Ordejón, Pablo; Sánchez-Portal, Daniel (2002). "El método SIESTA para la simulación ab initio order- N materiales". Revista de física: materia condensada . 14 (11): 2745–2779. arXiv : cond-mat / 0104182 . Código Bibliográfico : 2002JPCM ... 14.2745S . doi : 10.1088 / 0953-8984 / 14/11/302 .
- ^ "Lanzamiento de Siesta-4.1.5" .
- ^ "Plataforma de desarrollo SIESTA en GitLab" .
- ^ Mashaghi A y col. La hidratación afecta fuertemente la estructura molecular y electrónica de los fosfolípidos de membrana J. Chem. Phys. 136, 114709 (2012) [1]
- ^ Mashaghi A y col. El agua interfacial facilita la transferencia de energía al inducir vibraciones extendidas en lípidos de membrana, J. Phys. Chem. B, 2012, 116 (22), págs. 6455–6460 [2]
- ^ Mashaghi A y col. Autoionización mejorada del agua en las interfaces de fosfolípidos. J. Phys. Chem. C, 2013, 117 (1), págs. 510–514 [3]
enlaces externos
- Sitio web de SIESTA
- Tutorial de SIESTA : una introducción a SIESTA, que aborda las tareas para las que SIESTA es más adecuado que otros códigos ab initio.
- Descarga SIESTA
- Soporte profesional para SIESTA