フルポテンシャルDFTにおけるサイズ修飾ポアソンボルツマン方程式のための関数空間ベースのソリューションスキーム

サイズ変更されたポアソンボルツマン（MPB）方程式は、電解溶媒効果もキャプチャする効率的な暗黙的溶媒和モデルです。誘電溶媒応答のアカウントと、溶媒和物の有限サイズイオンの平均フィールド記述を組み合わせます。高速関数空間指向のニュートン法と緑の関数前反復線形ソルバーに基づいて、MPB方程式の一般的なソリューションスキームを提示します。人気のあるマルチグリッドソルバーとは対照的に、このアプローチにより、特殊な統合グリッドと最適化された統合スキームを完全に活用できます。フルポテンシャル密度機能理論（DFT）コードFHI-IAMSの対応する数値効率的な実装について説明します。追加の船尾層補正とともに、DFT+MPBアプローチは、広範囲の濃度にわたるKCl水溶液の平均活性係数を記述できることを示します。それにより、系統的パラメーター化プロトコルのために塩溶液の広範な実験活動係数を使用することを示唆していることが示唆されています。

The size-modified Poisson-Boltzmann (MPB) equation is an efficient implicit solvation model which also captures electrolytic solvent effects. It combines an account of the dielectric solvent response with a mean-field description of solvated finite-sized ions. We present a general solution scheme for the MPB equation based on a fast function-space-oriented Newton method and a Green's function preconditioned iterative linear solver. In contrast to popular multigrid solvers, this approach allows us to fully exploit specialized integration grids and optimized integration schemes. We describe a corresponding numerically efficient implementation for the full-potential density-functional theory (DFT) code FHI-aims. We show that together with an additional Stern layer correction the DFT+MPB approach can describe the mean activity coefficient of a KCl aqueous solution over a wide range of concentrations. The high sensitivity of the calculated activity coefficient on the employed ionic parameters thereby suggests to use extensively tabulated experimental activity coefficients of salt solutions for a systematic parametrization protocol.