Skip navigation

Quantum ESPRESSO

Quantum ESPRESSO — відкрита програмна платформа для електронно-структурних розрахунків і першопринципного моделювання матеріалів на основі теорії функціоналу густини (DFT), плоских хвиль і псевдопотенціалів. Основний модуль PWscf (pw.x) використовується для самоузгоджених і несамоузгоджених розрахунків електронної структури, оптимізації атомних структур і комірки та інших задач першопринципного моделювання. У MATSCI-NASU Quantum ESPRESSO використовується як програмний ресурс для відтворюваних DFT-робочих процесів. У пілотному сценарії основний акцент зроблено на розрахунках pw.x, документуванні параметрів обчислення, автоматизованому вилученні метаданих та підготовці результатів до повторного використання і публікації як FAIR-наборів даних.

Supported calculations

У рамках робочих процесів на основі PWscf можуть використовуватися:

  • scf — самоузгоджений розрахунок електронної структури;
  • nscf — несамоузгоджений розрахунок;
  • bands — розрахунок зонної структури;
  • relax — оптимізація атомних координат;
  • vc-relax — оптимізація атомних координат і параметрів комірки.

Quantum ESPRESSO також підтримує інші режими розрахунків і засоби постобробки; їх доступність залежить від конфігурації конкретного обчислювального середовища.

Input data

Основні вхідні дані та параметри розрахунку pw.x включають:

  • атомний склад системи (ATOMIC_SPECIES);
  • атомні координати (ATOMIC_POSITIONS);
  • параметри кристалічної комірки (CELL_PARAMETERS або відповідний опис ґратки);
  • набір k-точок (K_POINTS);
  • файли псевдопотенціалів;
  • параметри &CONTROL, &SYSTEM, &ELECTRONS та, залежно від типу задачі, &IONS і &CELL.

FAIR metadata and automated extraction

Для пілотних робочих процесів MATSCI-NASU реалізується автоматизоване вилучення метаданих із розрахунків Quantum ESPRESSO.

Екстрактор аналізує файли pw.x і формує структурований запис метаданих, який може включати опис матеріалу і структури, тип розрахунку, параметри DFT, k-point mesh, cutoff energies, відомості про псевдопотенціали, критерії збіжності, основні результати та інформацію про програмне середовище.

Результатом є машинозчитуваний файл, наприклад matsci_dft_metadata.json, який разом із input/output-файлами, README, manifest та іншими компонентами може бути включений до FAIR-пакета обчислювального дослідження.

Workflow:
QE input + output + pseudopotentials → metadata extractor → structured metadata → FAIR computational package

Documentation

Quantum ESPRESSO — official website
Quantum ESPRESSO

Quantum ESPRESSO documentation
Official documentation

PWscf / pw.x input description
pw.x input documentation

Pseudopotentials
Quantum ESPRESSO pseudopotentials

Technical notes

Для відтворюваного DFT-розрахунку необхідно зберігати не лише числовий результат, а повний контекст обчислення: версію Quantum ESPRESSO, тип calculation, вхідну атомну структуру, параметри комірки, функціонал обміну-кореляції, псевдопотенціали, енергетичні cutoff-параметри, k-point sampling, критерії збіжності та параметри електронного й іонного розрахунку. Особливу увагу слід приділяти походженню псевдопотенціалів. Quantum ESPRESSO підтримує norm-conserving, ultrasoft і PAW pseudopotentials та використовує Unified Pseudopotential Format (UPF). Для повторного використання розрахунку необхідно зберігати самі файли псевдопотенціалів або однозначні посилання на їх джерело і версію. Для серій розрахунків повинні також документуватися тести збіжності щодо cutoff energy, k-point mesh та інших параметрів, які суттєво впливають на результат.

Data outputs

Залежно від типу розрахунку результати можуть включати: повну енергію системи; сили на атомах і тензор напружень; оптимізовані атомні координати та параметри комірки; власні значення електронних станів; Fermi energy та інші електронно-структурні характеристики; зонну структуру і густину станів після відповідної постобробки; службові та restart-дані Quantum ESPRESSO; журнали виконання і дані про збіжність. Для FAIR-пакета разом із результатами зберігаються вихідний input-файл, основний output-файл, використовувані псевдопотенціали або їх однозначні ідентифікатори, структурні дані, параметри розрахунку, версія програмного забезпечення та provenance обчислення.

Services using this resource

Обчислювальне моделювання металевих систем

Обчислювальне моделювання металевих систем – це обчислювальний сервіс та сервіс робочих процесів для моделювання атомної, електронної, магнітної та механічної поведінки металів, сплавів, інтерметалевих сполук, тонких плівок, наноструктур та …

Підтримка робочого процесу DFT для дослідження матеріалів

Цей сервіс допомагає дослідницьким групам у підготовці, виконанні та документуванні робочих процесів теорії функціоналу густини для досліджень матеріалів.

Підтримка планування обчислювальних робочих процесів

Цей сервіс допомагає дослідницьким групам планувати робочі процеси в галузі обчислювального матеріалознавства, включаючи визначення завдань, вибір програмного забезпечення, підготовку вхідних даних, документування результатів, фіксацію походження даних та планування …

Used in pilot chains