Matlab仿真软件2.0.0-M-STK：实空间计算的更新与新功能

软件X 21（2023）101295软件更新版本2.0.0-M-STK：用于从头计算实空间计算的Matlab仿真软件包张伯勤，Xin Jing，Shashikant Kumar，Shanish Suryanarayana工程学院，佐治亚理工学院，亚特兰大，GA 30332，美国ar t i cl e i nf o文章历史记录：2022年12月14日收到2022年12月16日接受数据集链接：https：//github。com/SPARC-X/M-SPARC保留字：Kohn–Sham Density Functional相对论效应色散相互作用元GGA泛函混合泛函a b st ra ctM-STIM是一个用于执行从头算Kohn-Sham密度泛函理论模拟的Matlab代码该软件的2.0.0版进一步扩展了其功能，包括相对论效应，膨胀相互作用，和先进的半局域/非局域交换相关泛函。这些功能显着增加的保真度的第一原理计算，可以使用M-DFT执行©2022作者（S）。由爱思唯尔公司出版这是CC BY-NC-ND下的开放获取文章许可证（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。代码元数据当前代码版本v2.0.0指向此代码版本所用代码/存储库的永久链接https://github.com/ElsevierSoftwareX/SOFTX-D-22-00417Code Ocean compute capsule N/AGNU通用公共许可证GNU General Public Licensev3.0使用git的代码版本控制系统使用MATLAB R2018+的编译要求、操作环境依赖性操作系统：Unix、Linux、MacOS或Windows如果可用，链接到开发人员文档/手册https://github.com/SPARC-X/M-SPARC/tree/master/doc问题支持电子邮件phanish. gmail.com1. 软件更新说明M-FEM [1]是一个基于实空间有限差分法的电子结构计算程序。它可以基于赝势特别地，代码可以针对固定的原子位置和单元尺寸（即，单点计算），几何优化，原文DOI：https://doi.org/10.1016/j.softx.2020.100423。*通讯作者。电子邮件地址：phanish. ce.gatech.edu（PhanishSuryanarayana）。https://doi.org/10.1016/j.softx.2022.101295关于原子位置或细胞体积，以及微正则系综（NVE）分子动力学模拟，同时采用范数守恒赝势[4，5]。这样做，它可以计算自由能，M-C可以被看作是大规模并行C/C++代码的Matlab实现[6M-DFT不仅为小型/中型系统的第一原理研究提供了合适的途径，而且还提供了原型平台，允许在实空间DFT [9-事实上，KSSOLV的发展[16]2352-7110/©2022作者。由爱思唯尔公司出版。这是一篇开放获取的文章，使用CC BY-NC-ND许可证（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表SoftwareX期刊主页：www.elsevier.com/locate/softx张伯勤，辛静，Shashikant Kumar等。软件X 21（2023）1012952图1.一、 示例演示M-P2. 0. 0版的主要新功能。（Matlab）和DFTK [17]（Julia）用于平面波DFT [18]，以及RESCU [19]（Matlab）和RSDFT [20]（Matlab）用于实空间DFT。2.0.0版的M-ESTA软件进一步扩展了其功能，包括相对论效应，色散相互作用，以及超越广义梯度近似（GGA）的高级• Spin–orbit coupling (SOC)张伯勤，辛静，Shashikant Kumar等。软件X 21（2023）1012953×××××动量和自旋角动量[18]。对于较重的原子，它变得越来越突出，具有较大原子序数的那些，并且已知在确定它们的电子结构中起重要作用M-DFT通过相对论范数守恒赝势[21]结合SOC，如在实空间方法 [22]中实现的。色散相互作用：范德华（vdW）相互作用是由于系统不同部分之间电子电荷波动的耦合而产生的相关效应[18]。随着系统变得更加稀疏，这种远程色散相互作用变得越来越重要，即，颗粒间的分离变得更大。M-DFT通过DFT-D3校正[23]和非局部vdw-密度泛函（vdW-DF）[24]合并了这些相互作用，如使用参考文献中提出的方法所实现的。[25]第10段。Meta-GGA泛函：Meta-GGA交换相关泛函表示雅各布阶梯的第三阶梯，即，比GGA高一级[18]。事实上，泛函的复杂性和准确性随着阶梯的上升而增加。特别地，除了用于定义GGA的电子密度及其梯度之外，动能密度也包括在元GGA泛函中。M-企业中的元GGA通过SCAN泛函[26]，它满足精确交换相关泛函上已知的所有17个约束混合一个梯级高于元GGA，因此两个梯级高于GGA [18]。特别地，除了半局域GGA/元GGA项之外，Hartree-Fock精确交换能的一部分M-EFT通过PBE 0 [27]和HSE [28]泛函结合了精确[29除此之外，非线性核心校正（NLCC）-解释赝势生成中交换相关势的非线性我们现在通过有代表性的例子来证明上述M-mesh具体而言，我们考虑（i）具有PBE交换相关的体心立方（bcc）钽的2原子原胞666网格用于布里渊区积分，网格尺寸为0.14玻尔;（ii）具有PBE交换相关性、通过DFT-D3的色散相互作用和0.24玻尔的网格尺寸的二氮嗪分子混合交换相关，4 4网格布里渊区积分，和网格尺寸为0.2玻尔。除非另有说明，否则我们采用来自SPMS集合的ONCV赝势。 在所有情况下，我们使用12阶中心有限差分来计算离散方程，并执行单点计算。我们提出的结果，从而获得图。1.一、为了验证通过M-DFT获得的结果的准确性，我们将其与使用已建立的平面波代码ABINIT [35]和Quantum Espresso（QE）[36]获得的高度收敛的结果进行比较。很明显，M-REQ和ABINIT/QE之间有很好的一致性，验证了M-REQ代码的准确性事实上，协议进一步增加了对离散化的细化，即，为网格尺寸选择较小的值。与v1.0.0相比，M-ESTV 2. 0. 0中的新功能允许以更高的保真度进行第一考虑到这些特征中的一些特征，特别是涉及元GGA和混合泛函的那些特征，明显比标准GGA更昂贵，因此非常需要加速这种计算的新方法/算法，为此M-GGA提供了快速原型制作的便利途径。竞合利益作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，可能会影响本文报告的工作数据可用性该代码可在https://github.com/SPARC-X/M-SPARC上获得。致谢这项工作得到了美国能源部科学办公室资助的DE-SC 0019410基金的支持。本文件中所包含的观点和结论是作者的观点和结论，不应被解释为代表能源部或能源部的官方政策，无论是明示的还是暗示的。美国政府的引用[1]Xu Q，Sharma A，Suryanarayana P. 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