Ewald summation for ferroelectric perovskites with charges and dipoles
Ewald求和是处理长程库仑相互作用的一种重要方法。虽然它被广泛用于分子和固态材料的模拟，但许多重要的结果分散在文献中，并且它们的实现往往深埋在大型软件包中。由于可靠和系统的计算库仑相互作用的钙钛矿的调查是至关重要的，在这里，我们从埃瓦尔德求和的基本原理，并推导出明确的远程电荷，偶极，偶极和电荷偶极相互作用的表达式，可以很容易地用于数值计算。我们还提供了有效的蒙特卡罗模拟的相互作用矩阵，涉及收费和偶极子，实现他们在Python软件包。一种新的类型的相互作用矩阵，占静电能量变化时，离子被移位，也推导和实施。这些结果为钙钛矿铁电材料的研究奠定了基础。
2021-05-25 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
The ENUF Method -- Ewald Summation based on Non-Uniform Fast Fourier Transform: Implementation, Parallelization, and Application
模型系统的计算机模拟被广泛用于探索物理学、化学、生物学、材料科学和工程学等领域的惊人现象。带电粒子间的长程静电相互作用是决定模型系统结构和状态的重要因素。如何有效地计算部分或全周期边界条件下模型系统中的静电相互作用一直是一个具有挑战性的课题。在过去的几十年里，已经提出了各种各样的计算方案，其中Ewald求和方法是最可靠的路线，以准确地处理模型系统中的静电相互作用。此外，已经做了大量的努力来提高基于Ewald求和的方法的计算效率。代表性的例子是基于截断，反应场，多极，多重网格和粒子网格计划的方法。我们勾画了ENUF方法，Ewald求和方法的缩写基于非均匀快速傅立叶变换技术，并已实现了这种方法在基于粒子的模拟包计算静电能量和力在微观和介观水平。对聚电解质、树枝状聚合物-膜复合物和离子流体的构象性质的广泛计算研究表明，ENUF方法及其衍生物将能量和动量保持到浮点精度，并表现出具有最佳物理参数的$\mathcal{O}(N\log N)$的计算复杂性。这些ENUF为基础的方法是有吸引力的替代品，在分子模拟中，需要高精度和高效率的模拟方法，以加速在扩展的时空尺度上的静电相互作用的计算。
2020-04-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Implementation of non-uniform FFT based Ewald summation in Dissipative Particle Dynamic method
ENUF方法，即，基于非均匀快速傅立叶变换（NFFT）的Ewald求和方法，在耗散粒子动力学（DPD）模拟方案中实现了介观水平上静电相互作用的快速准确计算。在一个简单的模型电解质系统中，适当的ENUF-DPD参数，包括收敛参数$α$，NFFT近似参数$p$，和截止的实和倒数空间的贡献，仔细确定。在这些优化参数下，ENUF-DPD方法表现出优异的效率和规模为$\mathcal{O}(N\log N)$。通过考察体系的电荷分数、离子强度和外加盐的反价对体系构象的影响，进一步验证了ENUF-DPD方法的有效性。本文中的模拟，以及单独发表的工作树枝状分子膜复合物，表明ENUF-DPD方法是非常强大的，可以用来研究带电复杂系统在介观水平。
2013-03-19 cond-mat.soft physics.comp-ph
Fast Ewald summation for Green's functions of Stokes flow in a half-space
本文提出了一种快速求和方法，用于计算半空间斯托克斯流的格林函数（如斯托克斯量、应力量和旋量），该方法基于埃瓦尔德分解和快速傅里叶变换，提高了计算效率。
2018-02-21 cs.NA math.NA physics.comp-ph
A random batch Ewald method for particle systems with Coulomb interactions
我们发展了一种随机批处理Ewald（RBE）方法，用于具有长程库仑相互作用的粒子系统的分子动力学模拟，该方法在模拟$N$ -体系统的每一步都实现了$O(N)$复杂度. RBE方法基于库仑核的Ewald分裂，引入随机“小批量”类型的技术来加速分裂的长程部分的傅立叶级数的求和。利用傅立叶系数的快速衰减特性，采用重要性抽样来减小诱导力方差。随机逼近是无偏的，方差可控。对有界力场的分析为该方法提供了理论支持。通过对两个典型带电系统问题的数值模拟，与Debye-Hückel理论和经典Ewald求和方法的计算结果进行了比较，验证了RBE方法的准确性和有效性，证明了该方法具有易于实现的线性标度的优点，在实际应用中具有广阔的应用前景.
2021-03-17 physics.comp-ph
A note on accurate pressure calculations of Coulomb systems with periodic boundary conditions
本文澄清了周期性边界条件下库仑系统压力计算的争议，证明 Ewald 求和压力公式可化为势能体积比三分之一的系综平均，并指出非中性系统需加入中和背景修正，数值实验验证了修正后压力与热力学平均压力一致且不依赖分裂参数。
2024-06-09 physics.chem-ph physics.comp-ph
Multilevel Summation for Dispersion: A Linear-Time Algorithm for $r^{-6}$ Potentials
我们已经扩展了多级求和（MLS）方法，该方法最初被开发用于评估分子动力学（MD）模拟中的长程库仑相互作用[Skeel等人，J. Comput.化学成分：23，673（2002）]，以处理色散相互作用。虽然色散势在形式上是短程的，但精确计算界面和非均匀系统中的力和能量需要长程方法。与粒子-粒子、粒子-网格和光滑粒子网格埃瓦尔德方法相比，MLS方法具有一些显著的优点。与基于网格的Ewald方法不同，MLS不使用快速傅立叶变换，因此不受通信和带宽问题的限制。此外，与基于网格的Ewald方法的$\mathcal{O}(N \log N)$复杂性相比，它在粒子数量上线性缩放。虽然MLS方法的结构对于不同的势是不变的，但是每个算法步骤必须适应色散相互作用的$r^{-6}$形式。此外，我们已经推导出误差界，类似于哈代获得的静电MLS [哈代，博士。伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校（2006年）]。使用原型实现，我们已经证明了线性缩放的MLS方法的分散，目前的结果建立的准确性和效率的方法。
2014-01-15 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Fast and spectrally accurate summation of 2-periodic Stokes potentials
我们得到了一个Ewald分解的平面周期性的Stokeslet和一个新的PME型O（N log N）的方法快速评估所产生的总和。分解是自然的2 P对应的经典的3 P分解由桥本，并给出了在文献中没有找到的明确的形式。截断误差估计，以帮助选择参数。快速，PME型，方法似乎是第一个快速计算平面周期性的Stokeslet埃瓦尔德和的方法，并具有三个有吸引力的特性：它是光谱准确的;它使用的内存最小的网格埃瓦尔德方法可以使用;并提供清晰的数值误差和如何选择参数。分析和数值结果支持这一点。我们将探讨所提出的方法的实用性，并调查将其应用到2-周期边界积分斯托克斯问题所涉及的计算问题。
2011-11-08 physics.comp-ph physics.flu-dyn
A performance portable fast Ewald summation for Stokes flow
Oden Institute for Computational Engineering and Sciences, The University of Texas, Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校奥登计算工程与科学学院）
提出GPU上的Ewald求和算法加速周期域中N体Stokes流问题，通过近场/远场分解及新型P2G算法实现高性能，在多种架构上验证了效率。
2026-06-18 cs.DC cs.NA math.NA
Efficient calculation of the integral equation for simulating 2D TE scattering in a homogeneous medium using the Ewald method and a Gabor frame discretization
本文提出用调制高斯函数近似对偶Gabor窗，并结合Ewald格林函数变换将积分方程中的积分解析化，从而高效模拟均匀介质中的二维TE散射。
2023-10-21 cs.NA math.NA physics.comp-ph
P3M algorithm for dipolar interactions
扩展的P3M算法的静电相互作用，允许有效地计算偶极相互作用的周期性边界条件。的力，扭矩和能量的均方根误差的理论估计。估计的适用性进行了测试，并在几个数值例子中确认。新算法的计算性能的比较，以国家的最先进的偶极埃瓦尔德求和方法显示性能交叉从埃瓦尔德方法偶极P3M方法的偶极粒子少至300。在更大的系统中，新的算法代表了一个实质性的改进，相对于偶极标准埃瓦尔德方法的性能。
2008-10-19 physics.comp-ph
Converging tetrahedron method calculations for the nondissipative parts of spectral functions
固体物理学中的许多物理量都是通过k空间求和来计算的。对于谱函数，频变因子可分解为能量守恒的δ函数部分和非耗散主值部分。一个非常有用的方案，这种k空间求和是四面体方法。四面体方法已被广泛用于计算能量守恒的δ函数部分的总和，例如介电函数的虚部。另一方面，相应的四面体方法的非耗散部分，如实部的介电函数还没有使用很多。在本文中，我们解决的技术困难，四面体方法的非耗散部分，并提出了一个易于实现的，稳定的方法来克服这些困难。我们证明了我们的方法通过计算静态和动态自旋霍尔电导率的铂。我们的方法可以广泛应用于计算线性静态或动态电导率，电子的自能，和电极化率，仅举几例。
2022-08-18 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
