Simulation aus ersten Prinzipien: Ideen, Illustrationen und der CASTEP-Code

Die Simulation aus ersten Prinzipien, die Berechnungen mit Dichtefunktionaltheorie unter Verwendung von ebener Wellen und Pseudopotentialen umfasst, ist eine geschätzte Technik in der Festkörpertheorie geworden. Hier betrachte ich die Grundlagen des Themas, gebe einen kurzen Überblick über die Theorie, untersuche die Stärken und Schwächen ihrer Implementierung und illustriere einige der Wege, wie Simulatoren Probleme angehen, anhand einer kleinen Fallstudie. Ich diskutiere auch, warum und wie moderne Softwaredesignmethoden verwendet wurden, um eine völlig neue modulare Version des CASTEP-Codes zu schreiben. 1. Übersicht Der Simulator erstellt ein Modell eines realen Systems und erforscht dessen Verhalten. Das Modell ist ein mathematisches und die Erkundung erfolgt auf einem Computer. In vielerlei Hinsicht teilen Simulationsstudien dieselbe Mentalität wie experimentelle Studien. In einer Simulation gibt es jedoch eine absolute Kontrolle und Zugang zu Details, die Fähigkeit, fast jede Observable zu berechnen, und, gegebenenfalls genug Rechenleistung, genaue Antworten für das Modell. Diese Stärken wurden ausgenutzt für