Extensions of the siesta dft code for simulation of molecules

We describe extensions to the siesta density functional theory (dft) code [30], for the simulation of isolated molecules and their absorption spectra. The extensions allow for: • Use of a multigrid solver for the Poisson equation on a finite dft mesh. Non-periodic, Dirichlet boundary conditions are computed by expansion of the electric multipoles over spherical harmonics. • Truncation of a molecular system by the method of design atom pseudo-potentials of Xiao and Zhang[32]. • Electrostatic potential fitting to determine effective atomic charges. • Derivation of electronic absorption transition energies and oscillator strengths from the raw spectra produced by a recently described, order O(N), time-dependent dft code[21]. The code is furthermore integrated within siesta as a post-processing option. Key-words: multigrid solver, dft /tddft computation, molecular systems, siesta This work was supported by A.N.R. grant "Nossi", CIS-007-005. ∗ Centre de Recherche Inria Bordeaux Sud-Ouest, [email protected] † Institut pluridisciplinaire de recherches sur l’environnement et les matériaux, UMR 5624 du CNRS et de l’Université de Pau et des pays de l’Adour. Hélioparc, 2, av. du Pt. P. Angot, 64053 PAU Cedex 9, France. Extensions du code dft siesta pour la simulation de molécules. Résumé : Nous décrivons les extensions au code siesta [30] de la théorie de la fonctionnelle de densité (dft), pour la simulation des molécules isolées et leurs spectres d’absorption. Ces extensions permettent : • l’utilisation d’un solveur multigrille pour l’équation de Poisson sur le maillage dft L̇es conditions aux limites de Dirichlet sont calculées par un développement en harmoniques sphériques du potentiel électrique ; • la coupure du système moléculaire à l’aide du pseudo-potentiels de l’atome sur mesure de Xiao Zhang[32] ; • le calcul des charges effectives atomiques par la méthode de l’ajustement du potentiel électrostatique ; • Calcul des énergies de transition d’absorption électroniques et des forces d’oscillateur à partir des spectres bruts obtenus par un code dft dépendant du temps[21]. Le code est en outre intégré dans siesta comme une option de post-traitement. code[21]. Mots-clés : solveur multigrille, calculs dft /tddft système moléculaire, siesta Extensions of the siesta dft code 3