Szeroko zakrojona rozbudowa funkcjonalności programu ONETEP

Kierownik projektu: Jacek Dziedzic

Politechnika Gdańska

Wydział Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej

Gdańsk

Data otwarcia: 2011-02-01

Streszczenie projektu

Projekt realizowany jest dzięki finansowaniu szeregu grantów brytyjskiej EPSRC:
- EP/G055882/1: Development of wide-ranging functionality in ONETEP, 2009-2012.
- EP/J015059/1: A platform for future development and application of the ONETEP software, 2012-2017.
- eCSE001-004: A pinch of salt in ONETEP’s solvent model, 2014-2015.
- EP/K039156/1: SI2-CHE: Development and Deployment of Chemical Software for Advanced Potential Energy Surfaces, 2013-2017.
- EP/P02209X/1: Excitations in Complex Environments: Multiphysics embedding for large scale electronic structure, 2017-2020.
- EP/S003053/1: The Faraday Institution (subprojekt FIRG003: Multiscale Battery Modelling), 2018-2021.

Projekt obejmuje rozwój funkcjonalności pakietu obliczeniowego ONETEP (Order-N Electronic Total Energy Package), który realizuje liniowo skalującą się metodę teorii funkcjonału gęstości (linear-scaling DFT) bazującą na formalizmie macierzy gęstości. Podejście takie, w odróżnieniu od konwencjonalnych technik DFT, które skalują się sześciennie wraz z rozmiarem układu, oferuje skalowanie liniowe, co umożliwia znaczne rozszerzenie zakresu badanych układów (z maks. kilkuset do nawet kilkudziesięciu tysięcy atomów). Technika ta pozwala zatem badać np. białka w środowisku wodnym czy elektrody grafitowe zanurzone w elektrolicie, bez konieczności radykalnego "przykrajania" układu, które wymuszałyby metody konwencjonalne.

Badania prowadzone są we współpracy z University of Southampton, University of Cambridge, Imperial College London oraz University of Warwick; a w ramach zakończonego już grantu EP/K039156/1, również we współpracy z University of California, Berkeley.

W ramach projektu opracowano i zaimplementowano w programie ONETEP między innymi: techniki pozwalające na pracę w otwartych warunkach brzegowych, technikę rozpuszczalnika kontynualnego (implicit solvent), liniowo skalującą się wymianę w ujęciu Hartreego-Focka (oraz liniowo skalujące się hybrydowe funkcjonały korelacyjno-wymienne) oraz techniki QM/MM z wykorzystaniem potencjałów polaryzowalnych. Obecnie gros prac koncentruje się wokół problemu uwzględnienia elektrolitu w rozpuszczalniku modelowanym technikami kontynualnymi (implicit Poisson-Boltzmann solvation). Prace te mają na celu zwiększenie atrakcyjności techniki ONETEP w teoretycznych badaniach ogniw paliwowych.

Prowadzone w CI TASK obliczenia mają na celu walidację opracowywanych metod teoretycznych oraz wykorzystywane są w badaniach aplikacyjnych korzystających w opracowanych metod.

Publikacje

  1. J. Dziedzic, H. Helal, C-K Skylaris, A Mostofi, M Payne, Minimal parameter implicit solvent model for ab initio electronic structure calculations, Europhys. Lett. 95, (2011) 43001
  2. NDM Hine, J Dziedzic, PD Haynes, C-K Skylaris C-K, Interactions in Finite Systems treated with Periodic Boundary Conditions: Application to Linear-Scaling Density Functional Theory, J. Chem. Phys 135, (2011) 224107
  3. Jacek Dziedzic, Stephen J. Fox, Thomas Fox, Christofer S. Tautermann, Chris-Kriton Skylaris, Large-scale DFT calculations in implicit solvent?A case study on the T4 lysozyme L99A/M102Q protein, International Journal of Quantum Chemistry --, (2012) --
  4. Jacek Dziedzic, Stephen J. Fox, Thomas Fox, Christofer S. Tautermann, Chris-Kriton Skylaris, Large-scale DFT calculations in implicit solvent -- A case study on the T4 lysozyme L99A/M102Q protein, International Journal of Quantum Chemistry 113 iss 6, (2013) 771-785
  5. Jacek Dziedzic, Quintin Hill, Chris-Kriton Skylaris, Linear-scaling calculation of Hartree-Fock exchange energy with non-orthogonal generalised Wannier functions., Journal of Chemical Physics 139 (21), (2013) 214103
  6. Stephen J. Fox, Jacek Dziedzic, Thomas Fox, Christofer S. Tautermann, and Chris-Kriton Skylaris, Density functional theory calculations on entire proteins for free energies of binding: Application to a model polar binding site, PROTEINS: Structure, function, bioinformatics 82, (2014) 3335-3346
  7. V. Vitale, J. Dziedzic, S. Dubois, H. Fangohr, C-K. Skylaris, Anharmonic infrared spectroscopy through the Fourier transform of time correlation function formalism in ONETEP, J. Chem. Theory. Comput. 11 (7), (2015) 3321-3332
  8. E Poli, JD Elliott, LE Ratcliff, L Andrinopoulos, J Dziedzic, NDM Hine, AA. Mostofi, C-K. Skylaris, PD Haynes, G Teobaldi, The potential of imogolite nanotubes as (co-)photocatalysts : a linear-scaling density functional theory study , Journal of Physics-Condensed Matter 28 (7), (2016) 074003
  9. Elliott, Joshua D. and Poli, Emiliano and Scivetti, Ivan and Ratcliff, Laura E. and Andrinopoulos, Lampros and Dziedzic, Jacek and Hine, Nicholas D. M. and Mostofi, Arash A. and Skylaris, Chris-Kriton and Haynes, Peter D. and Teobaldi, Gilberto, Chemically Selective Alternatives to Photoferroelectrics for Polarization-Enhanced Photocatalysis: the Untapped Potential of Hybrid Inorganic Nanotubes, Advanced Science -, (2016) 1600153
  10. Gabriele Boschetto, Hong-Tao Xue, Jacek Dziedzic, Michal Krompiec, Chris-Kriton Skylaris, Effect of Polymerization Statistics on the Electronic Properties of Copolymers for Organic Photovoltaics, The Journal of Physical Chemistry C 121, (2017) 2529-2538
  11. J. Dziedzic, A. Bhandari, L. Anton, C. Peng, J.C. Womack, M. Famili, D. Kramer, and C.-K. Skylaris, Practical Approach to Large-Scale Electronic Structure Calculations in Electrolyte Solutions via Continuum-Embedded Linear-Scaling Density Functional Theory, J. Phys. Chem. C 124, (2020) 7860-7872
  12. A. Bhandari, L. Anton, J. Dziedzic, C. Peng, D. Kramer, and C.-K. Skylaris, Electronic structure calculations in electrolyte solutions: Methods for neutralization of extended charged interfaces, J. Chem. Phys 153, (2020) 124101-2 do 124101-12
  13. J.C.A. Prentice, J. Aarons, J.C. Womack, A.E.A. Allen, L. Andrinopoulos, L. Anton, R.A. Bell, A. Bhandari, G.A. Bramley, R.J. Charlton, R.J. Clements, D.J. Cole, G. Constantinescu, F. Corsetti, S.M.-M. Dubois, K.K.B. Duff, J.M. Escartín, A. Greco, Q. Hill, L.P. Lee, E. Linscott, D.D. O’Regan, M.J.S. Phipps, L.E. Ratcliff, Á. Ruiz Serrano, E.W. Tait, G. Teobaldi, V. Vitale, N. Yeung, T.J. Zuehlsdorff, J. Dziedzic, P.D. Haynes, N.D.M. Hine, A.A. Mostofi, M.C. Payne, and C.-K. Skylaris, The ONETEP linear-scaling density functional theory program, J. Chem. Phys 152, (2020) 174111-1 do 174111-36
  14. P. Kumar, Study and improvement of accuracy of implicit solvation in ab initio calculations., praca magisterska -, (2020) -
  15. R. Ali, Study and improvement of performance of linear-scaling Hartree-Fock exchange in ab initio calculations., praca magisterska -, (2020) -
  16. J. Dziedzic, J. C. Womack, R. Ali, and C.-K. Skylaris, Massively parallel, linear-scaling Hartree-Fock exchange and hybrid exchange-correlation functionals with plane-wave basis set accuracy, J. Chem. Phys 155, (2021) 224106-1 do 224106-26
  17. A. Bhandari, C. Peng, J. Dziedzic, L. Anton, J. R. Owen, D. Kramer, and C.-K. Skylaris, Electrochemistry from first-principles in the grand canonical ensemble, J. Chem. Phys 155, (2021) 024114-1 do 024114-14
  18. C. Peng, A. Bhandari, J. Dziedzic, J. R. Owen, C.-K. Skylaris, and D. Kramer, Mechanism of Li nucleation at graphite anodes and mitigation strategies, Journal of Materials Chemistry A 9, (2021) 16798-16804


← Powrót do spisu projektów

KONTAKT

Nasi konsultanci służą pomocą przyszłym i początkującym użytkownikom specjalistycznego oprogramowania zainstalowanego na Komputerach Dużej Mocy w Centrum Informatycznym TASK.

Kontakt w sprawach Komputerów Dużej Mocy, oprogramowania/licencji, grantów obliczeniowych, sprawozdań:

kdm@task.gda.pl

Administratorzy odpowiadają na maile w dni robocze w godzinach 8:00 – 15:00.