L’accélération des calculs GW pour une conception plus efficace de nouveaux matériaux

Les nouveaux matériaux développés pour l’industrie électronique voient leur complexité constamment augmenter. La quantité de matériaux candidats à discriminer lors du processus de développement augmente de façon correspondante et devient difficilement traitable à travers une approche purement expérimentale. Dans un tel contexte, les simulations numériques peuvent présélectionner les matériaux les plus prometteurs et ainsi diminuer l’effort expérimental requis, dans une mesure déterminée par leur précision. La théorie de la fonctionnelle de la densité (Density Functional Theory, DFT) est la méthode de simulation de structure électronique basée sur des principes premiers la plus couramment utilisée aujourd’hui. Toutefois, la précision des niveaux énergétiques calculés est habituellement limitée à ±0.5eV par le traitement rudimentaire de l’écrantage (blindage) en DFT. La G0W0 est une méthode de simulation alternative qui traite l’écrantage de façon plus précise en utilisant l’approximation des phases aléatoires (Random Phase Approximation, RPA). Grâce à ceci, elle peut prédire les niveaux électroniques d’un matériel avec une précision d’environ ±0.05eV. La taille des calculs associés devient toutefois prohibitive pour des systèmes composés de plus de quelques dizaines d’électrons par cellule primitive (ou molécule), ce qui limite grandement son application à la conception de nouveaux matériaux. Cette limitation des implémentations G0W0 traditionnelles est associée à deux goulots d’étranglement. Premièrement, les calculs requièrent l’inversion d’une matrice de grande taille (la matrice diélectrique du système). Deuxièmement, les calculs requièrent l’exécution de sommes sur un grand nombre d’états (les états de conduction du système). J’exposerai dans cette présentation nos développements méthodologiques permettant de diminuer la taille de la matrice diélectrique et de convertir les sommes sur les états de conduction en équations linéaires. Finalement, des calculs préliminaires effectués sur du silane, du benzène et du thiophène seront présentés.