相対論的非断熱分子動力学法の開発

相对论非绝热分子动力学方法的发展

基本信息

批准号：
20K05429
负责人：
神谷宗明
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Gifu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

時間依存密度汎関数理論（TDDFT）は、その妥当なコストと比較的高い精度のために励起状態を計算するための一般的な方法論になりつつある。この方法では繰り返しアルゴリズムを使えば基底状態の計算と同等のスケーリングで励起状態等の計算ができるが、分子サイズの増大に従って、これらの配列のメモリ使用量は基底関数の数の二乗で飛躍的に増加する。そのため、数万原子にも及ぶ大規模な分子系の励起状態を計算するためには、これらの配列のメモリ分割化が必要不可欠である。そこで、本年度は、大規模分子の応答特性を計算するためのメモリ分散型並列 TDDFT プログラムを開発した。分子・原子の電場応答量である分極率や超分極率はn次の密度行列を求めることによって求めることができる。これらのn次の電子密度はn次のKohn-Sham方程式とn次の直交関係から求めることができる。本年度はこれらのプログラムを分散並列版のNTChemに実装を行った。実装では、n次密度行列、n次Kohn-Sham行列をMO基底で表現し、NTPolyライブラリーを用いることにより、各計算機ノードに分割して分散される。直交関係やKohn-Sham方程式中のすべての行列乗算は、疎な対称行列の関数を計算するための超並列ライブラリであるNTPolyライブラリを用いて実行される。また線形方程式を解く反復法にはKAIN法を適用し、すべての施行ベクトルも分散化され、並列化されている。密度汎関数法による項の計算には基底状態と同じ分散並列化された数値積分を用い、交換相関汎関数の３次4次微分は昨年度開発した汎関数微分自動実装プログラムにより実装を行った。分散並列化を行ったことにより、従来n=20程度までしか計算されていなかった２次超分極率の計算を比較的少数のノードの並列計算でn=200まで計算することができた。

时间依赖性密度功能理论（TDDFT）由于其合理的成本和相对较高的精度而成为计算激发态的流行方法。在这种方法中，重复算法允许计算激发态，以与基态计算相同的缩放计算，但是随着分子大小的增加，这些阵列的记忆使用情况随着基本函数数量的平方而大大增加。因此，这些阵列的记忆分裂对于计算大规模分子系统的激发态至关重要，该系统的范围从数以万计的原子。因此，今年我们开发了一个存储器分布的平行TDDFT程序，用于计算大规模分子的响应特征。可以通过确定N级密度矩阵来确定分子和原子的电场响应的量（是分子和原子的电场响应量）。这些N级电子密度可以从N阶Kohn-Sham方程和N级正交关系确定。今年，这些程序是在分布式并行版本的NTCHEM中实施的。在实现中，N阶密度矩阵和N阶Kohn-Sham矩阵表示为MO基础，并使用NTPoly库将每个计算机节点分配和分布在每个计算机节点之间。正交关系和Kohn-Sham方程中的所有矩阵乘法都是使用NTPoly库进行的，NTPoly库是用于计算稀疏对称矩阵函数的大规模并行库。 KAIN方法还应用于迭代方法以求解线性方程，并且所有执法向量也分布和并行化。使用密度函数方法的术语计算使用与基态相同的方差并行数值积分，并且使用去年开发的自动功能分化实现程序实现了交换相关功能的立方第四阶差异。通过进行色散并行化，可以通过通过平行较少的节点的并行计算来计算二次超极化第二阶超极化。