Module功能大全之大体系计算

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Module是什么

在PWmat的基础功能上，我们针对用户的使用需求开发了一些顶层模块（Module）。这些Module中的一部分是与已有的优秀工具的接口，一部分是以PWmat的计算结果为基础得到实际需要的物理量，一部分则是为特定的计算需求而设计的计算流程。这些Module涵盖了物质结构、基础性质、针对大体系的计算以及机器学习力场等，功能全面、操作方便。

今天聊聊Module之
大体系计算

高效便捷的大体系计算方法

如果以目的划分，第一性原理计算大体可以分为两类。一种是需要获得准确的总能和本征值（以及受力），例如催化、缺陷能级、表面能、结构搜索、结构弛豫和分子动力学等，此类计算需要精确的自洽计算。另一种则是只关注电子结构，例如计算光学性质、极化性质和电荷转移等。针对第二类计算，如果有办法直接求得体系的电子结构/电荷密度的分布情况，则一样可以达到目的。随着体系的增大，第一性原理的自洽计算过于昂贵，因此汪林望老师结合物理图像、大胆假设和小心求证，创造性的提出了电荷补丁法。该方法假设原子周围的电荷密度主要由其局部环境决定。因此，可以将大体系拆解成若干小体系进行直接的DFT计算，然后将小体系的电荷密度分解为每个原子的电荷特征序列，最后将这些电荷序列按照大体系的顺序重排后就能得到大体系整体的电荷密度。基于电荷密度，可以近似计算出能量本征值和吸收谱等信息，相关结果已经与直接自洽的结果比较，在费米面附近的本征值符合良好。该方法的适用范围包括但不限于上万原子的量子点、聚合物、异质结和生物大分子等体系的：DOS，浅能级掺杂、吸收谱、Auger效应，电荷转移和输运性质。

Charge Patching Method：使用CPM方法计算大体系，比如量子点、魔角石墨烯

http://www.pwmat.com:8080/upload

/module/pdf/Charge_patching_Manual.pdf

该模块以Si的量子点和魔角石墨烯为例，介绍了如何使用电荷补丁法计算大体系的电子结构。为了保证学习效率，本模块使用的体系较小，但是其中的计算流程可以直接拓展到10000原子以上的大体系中，那将是电荷补丁法真正发挥威力的时刻！

Charge Patching Method introduction ：CPM方法的功能介绍

http://www.pwmat.com:8080/upload

/module/pdf/CPM_introduction.pdf

该模块介绍了电荷补丁法的物理意义以及其广泛的应用场景。