Role of core electrons in quantum dynamics using TDDFT

Autores
Foglia, Nicolás Oscar; Morzan, Uriel; Estrin, Dario Ariel; Scherlis Perel, Damian Ariel; González Lebrero, Mariano Camilo
Año de publicación
2017
Idioma
inglés
Tipo de recurso
artículo
Estado
versión publicada
Descripción
The explicit simulation of time dependent electronic processes requires computationally onerous routes involving the temporal integration of motion equations for the charge density. Efficiency optimization of these methods typically relies on increasing the integration time-step and on the reduction of the computational cost per step. The implicit representation of inner electrons by effective core potentials-or pseudopotentials-is a standard practice in localized-basis quantum-chemistry implementations to improve the efficiency of ground-state calculations, still preserving the quality of the output. This article presents an investigation on the impact that effective core potentials have on the overall efficiency of real time electron dynamics with TDDFT. Interestingly, the speedups achieved with the use of pseudopotentials in this kind of simulation are on average much more significant than in ground-state calculations, reaching in some cases a factor as large as 600×. This boost in performance originates from two contributions: on the one hand, the size of the density matrix, which is considerably reduced, and, on the other, the elimination of high-frequency electronic modes, responsible for limiting the maximum time-step, which vanish when the core electrons are not propagated explicitly. The latter circumstance allows for significant increases in time-step, that in certain cases may reach up to 3 orders of magnitude, without losing any relevant chemical or spectroscopic information.
Fil: Foglia, Nicolás Oscar. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física; Argentina
Fil: Morzan, Uriel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física; Argentina
Fil: Estrin, Dario Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física; Argentina
Fil: Scherlis Perel, Damian Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física; Argentina
Fil: González Lebrero, Mariano Camilo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física; Argentina
Materia
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Nivel de accesibilidad
acceso abierto
Condiciones de uso
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Repositorio
CONICET Digital (CONICET)
Institución
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
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This article presents an investigation on the impact that effective core potentials have on the overall efficiency of real time electron dynamics with TDDFT. Interestingly, the speedups achieved with the use of pseudopotentials in this kind of simulation are on average much more significant than in ground-state calculations, reaching in some cases a factor as large as 600×. This boost in performance originates from two contributions: on the one hand, the size of the density matrix, which is considerably reduced, and, on the other, the elimination of high-frequency electronic modes, responsible for limiting the maximum time-step, which vanish when the core electrons are not propagated explicitly. The latter circumstance allows for significant increases in time-step, that in certain cases may reach up to 3 orders of magnitude, without losing any relevant chemical or spectroscopic information.Fil: Foglia, Nicolás Oscar. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. 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Fil: Foglia, Nicolás Oscar. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química, Física de los Materiales, Medioambiente y Energía; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Inorgánica, Analítica y Química Física; Argentina
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