Кросс-платформенный анализатор зонной структуры материалов для пакета квантово-механического моделирования OpenMX

В статье описаны архитектура и функциональность кросс-платформенного анализатора зонной структуры для обработки результатов расчета популярного специализированного пакета моделирования свойств материалов OpenMX. Продемонстрирована его работа на примере тестового задания. Представлены коммерческие пакеты для анализа и обработки данных, получаемых в программах для квантово-механического моделирования материалов. Показано, что пакету OpenMX недостает программы-анализатора для обработки результатов расчетов строения зонной структуры материалов. Рассмотрены практические задачи анализа расчетов зонной структуры материалов и функциональность такой программы, сформулированы требования к ее реализации. Предлагаемый анализатор по общим временным затратам не уступает по производительности существующему аналогу, при этом имеет более широкий функционал, включая базовый анализ и постобработку данных с возможностью опциональной настройки выходного файла, сохраняемого в удобном текстовом формате. Данная разработка перспективна в контексте универсализации для обеспечения совместимости с другими широко применяемыми коммерческими пакетами квантово- механического моделирования.

1. Quantum ESPRESSO: A Modular and Open-Source Software Project for Quantum Simulations of Materials / P. Giannozzi [et al.] // Journal of Physics: Condensed Matter. 2009. Vol. 21, No 39. https://doi.org/10.1088/09538984/21/39/395502.

2. Kresse, G. Efficient Iterative Schemes for ab Initio Total-Energy Calculations Using a Plane-Wave Basis Set / G. Kresse, J. Furthmüller // Physical Review B. 1996. Vol. 54, No 16. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.54.11169.

3. First Principles Methods Using CASTEP / S. J. Clark [et al.] // Zeitschrift für Kristallographie-Crystalline Materials. 2005. Vol. 220, No 5–6. P. 567–570. https://doi.org/10.1524/zkri.220.5.567.65075.

4. Chemistry with ADF / G. Te Velde [et al.] // Journal of Computational Chemistry. 2001. Vol. 22, No 9. P. 931–967. https://doi.org/10.1002/jcc.1056.

5. QuantumATK: An Integrated Platform of Electronic and Atomic-Scale Modelling Tools / S. Smidstrup [et al.] // Journal of Physics: Condensed Matter. 2019. Vol. 32, No 1. https://doi.org/10.1088/1361-648X/ab4007.

6. Computational Materials Engineering: Recent Applications of VASP in the MedeA® Software Environment / E. Wimmer [et al.] // Journal of the Korean Ceramic Society. 2016. Vol. 53, No 3. P. 263–272.

7. Ozaki, T. Variationally Optimized Atomic Orbitals for Large-Scale Electronic Structures / T. Ozaki // Physical Review B. 2003. Vol. 67. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.67.155108.

8. Ozaki, T. Numerical Atomic Basis Orbitals from H to Kr / T. Ozaki, H. Kino // Physical Review B. 2004. Vol. 69. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.69.195113.

9. Ozaki, T. Efficient Projector Expansion for the ab Initio LCAO Method / T. Ozaki, H. Kino // Physical Review B. 2005. Vol. 72. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.72.045121.

10. Baglov, A. V. Atom Species Energy Dependence on Magnetic Configurations in the Perovskite Yttrium Orthoferrite / A. V. Baglov, L. S. Khoroshko // Doklady BGUIR. 2021. Vol. 19, No 8. P. 63–67. https://doi.org/10.35596/1729-7648-2021-19-8-63-67.

11. Baglov, A. V. Crystal Structure and Electronic Properties of Rhenium Disulfide / A. V. Baglov, L. S. Khorosh ko // Journal of Applied Spectroscopy. 2022. Vol. 89. P. 860–864. https://doi.org/10.1007/s10812-02201438-x.

12. Evolution of Structural and Electronic Properties Standardized Description in Rhenium Disulfide at the BulkMonolayer Transition / A. V. Baglov [et al.] // Heliyon. 2024. Vol. 10. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e28646.

13. Electronic Structure of Bismuth Ferromanganite BiFe0,5Mn0,5O3 / A. V. Baglov [et al.] // Semiconductors. 2024. Vol. 58, No 13. P. 1054–1059. https://doi.org/10.1134/S1063782624700040.

14. Баглов, А. В. Исследование структурных и электронных свойств SmGaGe2O7 методами из первых принципов / А. В. Баглов, Л. С. Хорошко // Неорганические материалы. 2023. Т. 59, № 1. С. 3–9. https://doi.org/10.31857/S0002337X23010037.

15. Бонч-Бруевич, В. Л. Физика полупроводников / В. Л. Бонч-Бруевич, С. Г. Калашников; 2-e изд. перераб. и доп. M.: Изд-тво Наука, 1990.

16. Yu, P. Y. Fundamentals of Semiconductors. Physics and Materials Properties / Y. P. Yu, M. Cardona; 4th Edition. Germany: Springer Ltd, 2010.

17. Raymond, E. S. Basics of the Unix Philosophy. The Art of Unix Programming / E. S. Raymond // AddisonWesley Professional. 2004.