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Solving multipole challenges in the GW100 benchmark enables precise low-scaling GW calculations
Physical Review B ( IF 3.2 ) Pub Date : 2024-09-23 , DOI: 10.1103/physrevb.110.125146 Mia Schambeck, Dorothea Golze, Jan Wilhelm
Physical Review B ( IF 3.2 ) Pub Date : 2024-09-23 , DOI: 10.1103/physrevb.110.125146 Mia Schambeck, Dorothea Golze, Jan Wilhelm
The approximation is a widely used method for computing electron addition and removal energies of molecules and solids. The computational effort of conventional algorithms increases as with the system size , hindering the application of to large and complex systems. Low-scaling algorithms are currently very actively developed. Benchmark studies at the single-shot level indicate excellent numerical precision for frontier quasiparticle energies, with mean absolute deviations meV between low-scaling and standard implementations for the widely used test set. A notable challenge for low-scaling algorithms remains in achieving high precision for five molecules within the test set, namely , and , for which the deviations are in the range of several hundred meV at the level. This is because of a spurious transfer of spectral weight from the quasiparticle to the satellite spectrum in calculations, resulting in multipole features in the self-energy and spectral function, which low-scaling algorithms fail to describe. We show in this paper that including eigenvalue self-consistency in the Green's function () achieves a proper separation between satellite and quasiparticle peak, leading to a single solution of the quasiparticle equation with spectral weight close to one. quasiparticles energies from low-scaling closely align with reference calculations; the mean absolute error is only 12 meV for the five molecules. We thus demonstrate that low-scaling with self-consistency in is well suited for computing frontier quasiparticle energies.
中文翻译:
解决 GW100 基准中的多极挑战可实现精确的低规模 GW 计算
这 近似是计算分子和固体的电子添加和去除能量的广泛使用的方法。传统方法的计算量 算法增加 与系统尺寸 , 阻碍了应用 大型且复杂的系统。低规模 目前算法的开发非常活跃。单次基准研究 水平表明前沿准粒子能量具有出色的数值精度,具有平均绝对偏差 广泛使用的低规模和标准实现之间的 meV 测试集。低规模化的一个显着挑战 算法仍然在实现五个分子的高精度 测试集,即 , 和 ,其偏差在数百 meV 范围内 等级。这是因为光谱权重从准粒子到卫星光谱的虚假转移 计算,导致自能和谱函数中的多极特征,这是低尺度算法无法描述的。我们在本文中表明,在 雷恩函数 ( )实现了卫星峰和准粒子峰之间的适当分离,导致准粒子方程的单一解,其谱权重接近于 1。 来自低尺度的准粒子能量 与参考计算紧密一致;五个分子的平均绝对误差仅为 12 meV。因此,我们证明低尺度 G 中具有自洽性,非常适合计算前沿准粒子能量。
更新日期:2024-09-23
中文翻译:
解决 GW100 基准中的多极挑战可实现精确的低规模 GW 计算
这 近似是计算分子和固体的电子添加和去除能量的广泛使用的方法。传统方法的计算量 算法增加 与系统尺寸 , 阻碍了应用 大型且复杂的系统。低规模 目前算法的开发非常活跃。单次基准研究 水平表明前沿准粒子能量具有出色的数值精度,具有平均绝对偏差 广泛使用的低规模和标准实现之间的 meV 测试集。低规模化的一个显着挑战 算法仍然在实现五个分子的高精度 测试集,即 , 和 ,其偏差在数百 meV 范围内 等级。这是因为光谱权重从准粒子到卫星光谱的虚假转移 计算,导致自能和谱函数中的多极特征,这是低尺度算法无法描述的。我们在本文中表明,在 雷恩函数 ( )实现了卫星峰和准粒子峰之间的适当分离,导致准粒子方程的单一解,其谱权重接近于 1。 来自低尺度的准粒子能量 与参考计算紧密一致;五个分子的平均绝对误差仅为 12 meV。因此,我们证明低尺度 G 中具有自洽性,非常适合计算前沿准粒子能量。