HONPAS
2.密度矩阵纯化线性标度计算
3.自洽后电子性质线性标度计算
4.基于密度矩阵微扰理论的响应性质线性标度计算
5.周期体系MP2相关能低标度计算
HONPAS，Hefei Order-N packages for ab initio simulations，合肥线性标度从头模拟软件包(专利号2019SR1267056)，是一款第一性原理电子结构计算软件包，能够对周期性复杂大体系的基态电子结构实现线性标度高性能计算。可点击下方目录阅读对应章节。
欢迎点击 HONPAS官网 访问HONPAS的官方网站下载代码和使用手册进行体验。
HONPAS全称为合肥线性标度从头模拟软件包，为开源软件，目前的版本1.0以SIESTA3.2为底层，实现线性标度计算功能的扩展。它采用了标准的模守恒赝势、线性组合的数值原子轨道（NAO）基组以及周期边界条件，致力于在 NAO 基组下独立发展和实现更先进、更有效、功能更全面并且适合于高性能计算的线性标度计算方法，基本框架和流程如下：
M. Qin, H. H. Shang, H. J. Xiang, Z. Y. Li, and J. L. Yang. Int. J. Quantum Chem. 115, 647 (2015).
HONPAS不仅包含了一些更有效的线性标度方法，同时还增加了很多新的功能。根据这些新的方法和功能，HONPAS 大体上可以分为以下几个计算模块：
（1）周期大体系的杂化泛函线性标度计算；
（2）密度矩阵纯化线性标度计算；
（3）自洽后（post-SCF）的线性标度计算；
（4）密度矩阵微扰理论线性标度计算；
（5）post-Hartree-Fock计算。
HONPAS的功能列表如下：
相比其他同类软件，HONPAS具有以下优势：
HONPAS软件的优势决定其存在广泛的应用市场。以下是HONPAS在科研层面的几个应用实例，包括采用HONPAS的快速杂化泛函计算模拟零维六方石墨烯量子点和由三角形石墨烯量子点构建的二维磁性半导体的电子结构与磁学性质、三维体相TiO2的极化子效应等。值得注意的是，这些计算即使目前市场占有率最高的第一性原理软件也无法实现！
零维石墨烯量子点磁性研究 ( ~ 4000 原子)
室温磁性
可调的能隙
Wei Hu, Yi Huang, Xinming Qin, Lin Lin*, Erjun Kan, Xingxing Li, Chao Yang*, Jinlong Yang*, npj. 2D. Mater. Appl. 3, 17 (2019).
二维磁性量子点半导体的理论设计（~ 2000原子）
设计具有不同磁学性质的二维铁磁半导体
室温磁有序
原子，分子作为连接点
Xiaofeng Liu, Xinming Qin, Xiangyang Li, Zijing Ding, Xingxing Li, Wei Hu*，and Jinlong Yang*,Nano Lett. 21, 22(2021).
三维体相TiO2小极化子模拟（~ 1000 原子)
HSE06 自旋极化计算+结构优化
快速预测极化子
测试目的
通过对不同大小超胞固体硅杂化泛函HSE06自洽+原子力计算，分析HONPAS软件做杂化泛函计算的性能。
测试条件
测试结果
表 3.3-1 HSE06杂化泛函静态计算
与常用的平面波软件进行的杂化泛函计算性能做对比，结果显示HONPAS比平面波方法快1-2个量级，更重要的是，它只需要使用很小的计算资源即可实现上千原子大体系的杂化泛函计算，快速预测大体系的基态电子性质。
在研究过程中，团队贡献了如下学术成果，了解更多详情可分类参阅：
综述
[1] 合肥线性标度从头模拟软件包HONPAS总体介绍 (HONPAS 引用）
Xinming Qin, Honghui Shang, Hongjun Xiang, Zhenyu Li, Jinlong Yang*, HONPAS : A linear scaling open-source solution for large system simulations, Int. J. Quantum Chem. 115, 647 (2015) .
[2] 数值原子轨道基组下的线性标度电子结构计算方法综述（包含HONPAS早期版本综述）
Honghui Shang, Hongjun Xiang, Zhenyu Li, Jinlong Yang*, Linear scaling electronic structure calculations with numerical atomic basis set, Int. Rev. Phys. Chem. 29, 665 (2010).
线性标度/低标度杂化泛函计算
[3] 数值原子轨道基组下精确交换的直接计算
Honghui Shang, Zhenyu Li, Jinlong Yang*, Implementation of exact exchange with numerical atomic orbitals, J. Phys. Chem. A 2, 114 (2010).
[4] 数值原子轨道基组下实现周期体系杂化泛函线性标度计算：基函数拟合与积分预筛选
Honghui Shang, Zhenyu Li, Jinlong Yang*, Implementation of screened hybrid density functional for periodic systems with numerical atomic orbitals: Basis function fitting and integral screening, J. Chem. Phys. 135, 034110 (2011).
[5] 静态分布算法实现杂化泛函并行计算
Xinming Qin, Honghui Shang*, Lei Xu, Wei Hu, Jinlong Yang, Shigang Li, Yunquan Zhang, The static parallel distribution algorithms for hybrid density-functional calculations in HONPAS package, Int. J. High Perform. Comput. Appl. 34, 159 (2020).
[6] 两级Master-Worker动态任务分布实现杂化泛函大规模并行计算
Honghui Shang, Lei Xu, Baodong Wu, Xinming Qin, Yunquan Zhang, Jinlong Yang*, The dynamic parallel distribution algorithm for hybrid density-functional calculations in HONPAS package, Comput. Phys. Comm. 254, 107204 (2020).
[7] 插值可分离密度拟合近似加速数值原子轨道下的 Hartree-Fock 交换计算
Xinming Qin, Jie Liu, Wei Hu*, Jinlong Yang*, Interpolative separable density fitting decomposition for accelerating Hartree–Fock exchange calculations within numerical atomic orbitals, J. Phys. Chem. A 124, 5664 (2020).
[8] 结合K-Means聚类算法和插值可分密度拟合近似加速数值原子轨道下杂化泛函计算
Xinming Qin, Jielan Li, Wei Hu*, Jinlong Yang*, Machine learning k-means clustering algorithm for interpolative separable density fitting to accelerate hybrid functional calculations with numerical atomic orbitals, J. Phys. Chem. A 124, 10066 (2020).
密度矩阵纯化线性标度计算
[9] 自旋非限制线性标度电子结构理论及其在磁性碳掺杂氮化硼纳米管中的应用
Hongjun Xiang, Wanzhen Liang, Jinlong Yang*, Jianguo Hou, Qingshi Zhu, Spin-unrestricted linear-scaling electronic structure theory and its application to magnetic carbon-doped boron nitride nanotubes, J. Chem. Phys. 123, 124105 (2005).
[10] 数值原子轨道基组下密度矩阵纯化线性标度并行计算
Zhaolong Luo, Xinming Qin*, Lingyun Wan, Wei Hu*, Jinlong Yang, Parallel implementation of large-scale linear scaling density functional theory calculations with numerical atomic orbitals in HONPAS, Front. Chem. 8, 932 (2020).
自洽后线性标度计算
[11] 数值原子轨道基组下边界态和掺杂半导体的线性标度计算
Hongjun Xiang, Jinlong Yang*, Jianguo Hou, Qingshi Zhu, Linear scaling calculation of band edge states and doped semiconductors, J. Chem. Phys. 126, 244707 (2007).
[12] 数值原子轨道基组下最大局域化Wannier函数的线性标度计算
Hongjun Xiang, Zhenyu Li, Wanzhen Liang, Jinlong Yang*, Jianguo Hou, Qingshi Zhu, Linear scaling calculation of maximally localized Wannier functions with atomic basis set, J. Chem. Phys. 124, 234108 (2006).
线性标度密度矩阵微扰理论计算
[13] 采用线性标度密度矩阵微扰理论(DMPT)处理固体中的电场
Hongjun Xiang, Jinlong Yang*, Jianguo Hou, Qingshi Zhu, Linear-scaling density matrix perturbation treatment of electric fields in solids, Phys. Rev. Lett. 97, 266042 (2006).
低标度Post-Hartree-Fock方法
[14] 数值原子轨道基组下周期体系的低标度Laplace-MP2计算
Honghui Shang*, Jinlong Yang*, Implementation of Laplace transformed MP2 for periodic systems with numerical atomic orbitals, Front. Chem. 8, 956 (2020).
HONPAS应用
[15] 石墨烯量子点室温磁性
Wei Hu, Yi Huang, Xinming Qin, Lin Lin*, Erjun Kan, Xingxing Li, Chao Yang*, Jinlong Yang*，Room-temperature magnetism and tunable energy gaps in edge-passivated zigzag graphene quantum dots, npj. 2D. Mater. Appl. 3, 17 (2019).
[16] 基于三角形石墨烯量子点的二维磁性半导体的理论设计
Xiaofeng Liu, Xinming Qin, Xiangyang Li, Zijing Ding, Xingxing Li, Wei Hu*，and Jinlong Yang*,Designing Two-Dimensional Versatile Room-Temperature Ferromagnets via Assembling Large-Scale Magnetic Quantum Dots,Nano Lett. 21, 22(2021).
[17] 石墨烯量子点中的混合磁性边界态
Junyao Li, Xiaofeng Liu, Lingyun Wan, Xinming Qin, Wei Hu∗，and Jinlong Yang∗，Mixed magnetic edge states in graphene quantum dots,Multifunct. Mater. 5 014001(2022).
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