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物理学 > 化学物理

arXiv:2504.17439 (physics)
[提交于 2025年4月24日 ]

标题: 通过谱矩守恒的自洽GW方法

标题: Self-consistent GW via conservation of spectral moments

Authors:Oliver J. Backhouse, Marcus K. Allen, Charles C. J. Scott, George H. Booth
摘要: 我们扩展了一个最近引入的用于模拟带电激发的替代框架[$GW$] [Scott等人,J. Chem. Phys.,158,124102(2023)],该框架基于GW自能直接计算的谱矩守恒。与其它实现相比,这一框架具有许多理想的正式属性,我们还详细介绍了效率改进和并行化策略,从而实现了一种与已建立的Hartree-Fock代码具有可证明相似缩放比例的实现,且成本仅增加一个数量级。我们还详细介绍了此框架内一系列自洽[$GW$]变体的适用性,包括所有动态变量完全自洽的方案,同时避免了Matsubara轴或解析延拓,允许在零温下形式上收敛。通过研究GW100分子测试集上的各种自洽协议,我们发现一种鲜为人知的基于简化耦合化学势和Fock矩阵优化的自洽[$GW$]方法是最准确的自洽方法。此外,我们验证了最近观察到的证据,即在[$GW$]中基于Tamm-Dancoff的屏蔽近似比这些分子测试案例中的传统随机相位近似屏蔽更准确。最后,我们考虑了叶绿素A分子,发现其结果与实验值在实验不确定性范围内一致,并描述了带电激发的全频谱。
摘要: We expand on a recently introduced alternate framework for $GW$ simulation of charged excitations [Scott et. al., J. Chem. Phys., 158, 124102 (2023)], based around the conservation of directly computed spectral moments of the GW self-energy. Featuring a number of desirable formal properties over other implementations, we also detail efficiency improvements and a parallelism strategy, resulting in an implementation with a demonstrable similar scaling to an established Hartree--Fock code, with only an order of magnitude increase in cost. We also detail the applicability of a range of self-consistent $GW$ variants within this framework, including a scheme for full self-consistency of all dynamical variables, whilst avoiding the Matsubara axis or analytic continuation, allowing formal convergence at zero temperature. By investigating a range of self-consistency protocols over the GW100 molecular test set, we find that a little-explored self-consistent variant based around a simpler coupled chemical potential and Fock matrix optimization to be the most accurate self-consistent $GW$ approach. Additionally, we validate recently observed evidence that Tamm--Dancoff based screening approximations within $GW$ lead to higher accuracy than traditional random phase approximation screening over these molecular test cases. Finally, we consider the Chlorophyll A molecule, finding agreement with experiment within the experimental uncertainty, and a description of the full-frequency spectrum of charged excitations.
主题: 化学物理 (physics.chem-ph) ; 强关联电子 (cond-mat.str-el); 计算物理 (physics.comp-ph); 量子物理 (quant-ph)
引用方式: arXiv:2504.17439 [physics.chem-ph]
  (或者 arXiv:2504.17439v1 [physics.chem-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2504.17439
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: George Booth Dr. [查看电子邮件]
[v1] 星期四, 2025 年 4 月 24 日 11:00:22 UTC (2,040 KB)
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