Clifford Boundary Conditions for Periodic Systems: the Madelung Constant of Cubic Crystals in 1, 2 and 3 Dimensions

Autor: J. Arjan Berger, Véronique Brumas, Nicolas Tavernier, Stefano Evangelisti, Gian Luigi Bendazzoli
Přispěvatelé: Groupe Méthodes et outils de la chimie quantique (LCPQ) (GMO), Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques Laboratoire (LCPQ), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Fédération de recherche « Matière et interactions » (FeRMI), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Alma Mater Studiorum Università di Bologna [Bologna] (UNIBO), European Theoretical Spectroscopy Facility (ETSF), Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques (LCPQ), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Universita di Bologna
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: Theoretical Chemistry Accounts: Theory, Computation, and Modeling
Theoretical Chemistry Accounts: Theory, Computation, and Modeling, 2021, 140, pp.106. ⟨10.1007/s00214-021-02805-1⟩
Theoretical Chemistry Accounts: Theory, Computation, and Modeling, Springer Verlag, 2021, 140, pp.106. ⟨10.1007/s00214-021-02805-1⟩
ISSN: 1432-881X
1432-2234
DOI: 10.1007/s00214-021-02805-1⟩
Popis: In this work we demonstrate the robustness of a real-space approach for the treatment of infinite systems described with periodic boundary conditions that we have recently proposed (Tavernier et al in J Phys Chem Lett 17:7090, 2000). In our approach we extract a fragment, i.e., a supercell, out of the infinite system, and then modifying its topology into the that of a Clifford torus which is a flat, finite and border-less manifold. We then renormalize the distance between two points by defining it as the Euclidean distance in the embedding space of the Clifford torus. With our method we have been able to calculate the reference results available in the literature with a remarkable accuracy, and at a very low computational effort. In this work we show that our approach is robust with respect to the shape of the supercell. In particular, we show that the Madelung constants converge to the same values but that the convergence properties are different. Our approach scales linearly with the number of atoms. The calculation of Madelung constants only takes a few seconds on a laptop computer for a relative precision of about 10 $$^{-6}$$ .
Databáze: OpenAIRE