一、项目背景

随着超级计算机硬件和数值算法迅速发展, 使得目前利用密度泛函理论研究上千个原子体系的电子能带和结构等性质变得可行. 数值原子轨道基组由于其基组较小和局域等特性, 可以很好地与电子结构计算中的线性标度算法等的新算法结合, 用来研究较大尺寸的物理体系.

二、技术简介

从发展成熟的平面波算法入手, 借助平面波的计算结果来生成数值原子轨道, 然后在此基础上发展了基于数值原子轨道的程序, 可以用来研究较大的物理体系. ABACUS主要由 C++语言编写而成, 现已发展成为一套以数值原子轨道或平面波为基矢的、高度并行的、基本功能齐全的第一性原理软件包. 截至目前共有11万余行源代码. 另外, ABACUS包含了一套可以用来生成数值原子轨道的程序。
目前 ABACUS 的主要功能包括: 可以进行电子结构自洽迭代 (包括加入共线电子自旋) 计算、原子结构优化以及分子动力学计算; 密度泛函上可以选择 LDA或者 GGA, 还可以进行包含范德华力修正的 DFT-D2及加外电场的计算. ABACUS采用模守恒赝势和周期性边界条件, 可以对晶格对称性、布里渊区的 k 点对称性、电荷密度对称性以及力的对称性进行分析, 可以处理只含 Γ 点或多 k点的情况. 求解 Kohn-Sham方程时采用的是共轭梯度算法 (平面波基组) 或者直接对角化方法 (数值原子轨道基组); 电荷密度混合使用的主要是 Pulay mixing 和 Pulay-Kerker mixing等算法。

软件在几个重要方面的计算性能和计算效果优于国外同类软件。

三、市场简介

2011年6月24日，美国总统奥巴马宣布启动 "材料基因组计划"(Materials Genome Initiative,MGI)，推进新材料研发由传统的、相对较低效率的“经验指导实验”转向新型的、相对高效的“理论预测、实验验证”模式，加速新材料的研发和应用，为创新驱动战略提供持续动力。计算工具是MGI的三大主要内容中的一种，而第一性原理计算是新材料研究中最重要的一种研究手段。

目前主要的第一性原理计算软件如Quantum Espresso，Siesta，VASP等，主要掌握在美国与欧洲等发达国家手中，推进我国自主的第一性原理计算软件的研发推广，对促进我国新材料研究具有重要意义。

四、知识产权

五、合作方式

合作开发、技术转让、专利（实施）许可等。