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The implementation of the full configuration interaction method

Sukurma, Zoran (2019) The implementation of the full configuration interaction method.
Masterarbeit, University of Vienna. Fakultät für Physik
BetreuerIn: Kresse, Georg

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DOI: 10.25365/thesis.56624
URN: urn:nbn:at:at-ubw:1-10450.98678.390164-8

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Abstract in English

In recent years, the investigation of impurities in solids and strong correlation effects that appear in such systems are of great interest in computational material science. Therefore, this work focuses on the full configuration interaction method (FCI) and its implementation. The full configuration interaction method is probably the most interesting correlation consistent method, because it is exact within a given basis set. Although conceptually a rather simple method, FCI scales exponentially with the number of orbitals and number of electrons. This limitation thwarted the further developments of full configuration interaction until the full configuration quantum Monte Carlo method appeared (FCIQMC). FCIQMC has enabled calculations of the CI wave function on substantially larger systems than it was possible with standard methods based on iterative diagonalization procedures. The implementation of both full configuration interaction methods will be the main focus of this work. The prerequisite for CI calculation is the implementation of one- and two-electron integrals over Gaussian basis and the Hartree-Fock method. In the end, the implemented methods will be adjusted to be used with VASP directly. The code will be applied for standard molecular systems and one application in solids will be presented. One hopes that in the future the code will be used as impurity solver in dynamical mean field theory (DMFT) or density matrix embedding theory (DMET).

Schlagwörter in Englisch

Full configuration interaction / Hartree-Fock approximation / Gaussian basis set / one-electron integrals / two-electron integrals / MP2 perturbation theory / Davidson algorithm

Abstract in German

In den letzten Jahren spielt die Untersuchung von Verunreinigungen in Feststoffen sowie das Studium von starken Korrelationseffekten, die in solchen Systemen auftreten, eine große Rolle in den rechnergestützten Materialwissenschaften. Diese Arbeit konzentriert sich auf die Methode der vollständigne Konfigurationsinteraktion (FCI) und deren Implementierung. Die Methode der vollständigen Konfigurationsinteraktion ist wahrscheinlich die interessanteste korrelationskonsistente Methode, da sie innerhalb eines gegebenen Basissatzes exakt ist. Obwohl konzeptionell eine eher einfache Methode, skaliert FCI exponentiell mit der Anzahl der Orbitale und der Anzahl der Elektronen. Diese Einschränkung verhinderte die Weiterentwicklung der vollständigen Konfigurationsinteraktion, bis die vollständige Konfigurationsinteraktions quantum Monte Carlo-Methode (FCIQMC) erschien. FCIQMC hat die Berechnungen der CI-Wellenfunktion für wesentlich größere Systeme ermöglicht, als es mit Standardmethoden auf Grundlage von iterativen Diagonalisierungsverfahren möglich war. Die Implementierung beider Methoden steht im Mittelpunkt dieser Arbeit. Voraussetzung für die CI-Berechnung ist die Implementierung von Ein- und Zweielektronenintegralen in der Gaußschen Basis sowie die Implementierung der Hartree-Fock Methode. Schlußendlich sollen die implementierten Methoden so angepasst werden, dass sie direkt in VASP verwendet werden können. Hier wird der Code für Molekularsysteme sowie auf einfache Feststoffe angewendet. Man hofft, dass der Code in Zukunft als Impurity solver in DMFT und DMET Methoden verwendet werden kann.

Schlagwörter in Deutsch

Die Methode der vollständigen Konfigurationsinteraktion / Hartee-Fock Methode / Ein-Elektron Integrale / Zwei-Elektron Integrale / MP2 Störungstheorie / Davidson Diagonalizierungsverfahren

Item Type: Hochschulschrift (Masterarbeit)
Author: Sukurma, Zoran
Title: The implementation of the full configuration interaction method
Umfangsangabe: vi, 109 Seiten : Diagramme
Institution: University of Vienna
Faculty: Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw.
Universitätslehrgang (ULG):
Masterstudium Physik
Publication year: 2019
Language: eng ... Englisch
Supervisor: Kresse, Georg
Assessor: Kresse, Georg
Classification: 33 Physik > 33.23 Quantenphysik
35 Chemie > 35.11 Quantenchemie, chemische Bindung
AC Number: AC15450867
Item ID: 56624
(Das PDF-Layout ist ident mit der Druckausgabe der Hochschulschrift.)

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