SIESTA (programa informático)

SIESTA ( Iniciativa Española para Simulaciones Electrónicas con Miles de Átomos ) es un método original y su implementación en programa informático para realizar de forma eficiente cálculos de estructura electrónica y simulaciones de dinámica molecular ab initio de moléculas y sólidos. SIESTA utiliza conjuntos de bases estrictamente localizados y la implementación de algoritmos de escalado lineal . La precisión y la velocidad se pueden configurar en un amplio rango, desde cálculos exploratorios rápidos hasta simulaciones de alta precisión que igualan la calidad de otros enfoques, como los métodos de ondas planas y de todos los electrones .

El acrónimo inverso de SIESTA es Iniciativa Española para Simulaciones Electrónicas con Miles de Átomos.

Desde el 13 de mayo de 2016, con el anuncio de la versión 4.0, SIESTA se distribuye bajo los términos de la licencia de código abierto GPL . Los paquetes de código fuente y el acceso a las versiones de desarrollo se pueden obtener desde la plataforma DevOps en GitLab . ^{[ 2 ]} La última versión, Siesta 5.4.2, se publicó el 16 de diciembre de 2025.

SIESTA tiene estas características principales:

• Utiliza el método estándar de la función de densidad autoconsistente de Kohn-Sham en las aproximaciones de densidad local (LDA-LSD) y gradiente generalizado (GGA), así como en una función no local que incluye interacciones de van der Waals (VDW-DF).
• Utiliza pseudopotenciales que conservan la norma en su forma totalmente no local (Kleinman-Bylander).
• Utiliza orbitales atómicos como base, permitiendo un número ilimitado de momentos angulares y zeta múltiples, polarización y orbitales fuera del sitio. La forma radial de cada orbital es numérica, y el usuario puede usar y proporcionar cualquier forma, con la única condición de que tenga soporte finito, es decir, que sea estrictamente cero más allá de una distancia especificada por el usuario desde el núcleo correspondiente. Las bases de soporte finito son clave para calcular el hamiltoniano y las matrices de solapamiento en operaciones de orden O(N).
• Proyecta las funciones de onda y la densidad de los electrones sobre una cuadrícula en el espacio real para calcular los potenciales de Hartree y de intercambio-correlación, así como sus elementos de matriz.
• Además del método estándar de autoestados de Rayleigh-Ritz , permite el uso de combinaciones lineales localizadas de los orbitales ocupados (funciones de enlace de valencia o tipo Wannier), lo que hace que el tiempo de cálculo y la memoria dependan linealmente del número de átomos. Es posible realizar simulaciones con varios cientos de átomos incluso con estaciones de trabajo modestas.
• Está escrito en Fortran 95 y la memoria se asigna dinámicamente.
• Puede compilarse para su ejecución en serie o en paralelo (mediante paralelización MPI, subprocesos OpenMP y descarga de GPU).

SIESTA proporciona habitualmente:

• Energías totales y parciales.
• Fuerzas atómicas.
• Tensor de tensiones.
• momento dipolar eléctrico.
• Poblaciones atómicas, orbitales y de enlaces ( Mulliken ).
• Densidad electrónica.

Y también (aunque no todas las opciones son compatibles):

• Relajación geométrica, celda fija o variable.
• Dinámica molecular a temperatura constante (termostato de Nose).
• Dinámica celular variable (Parrinello-Rahman).
• Cálculos con polarización de espín (colineales o no).
• muestreo k de la zona de Brillouin .
• La densidad de estados local y proyectada orbitalmente .
• Curvas COOP y COHP para el análisis de enlaces químicos.
• Polarización dieléctrica .
• Vibraciones (fonones).
• Estructura de bandas .
• Transporte balístico de electrones en condiciones de no equilibrio (mediante TranSIESTA)
• Teoría de Bogoliubov-de Gennes basada en la teoría del funcional de la densidad para superconductores

Los principales puntos fuertes de SIESTA son:

1. Precisión y velocidad flexibles.
2. Puede abordar sistemas computacionalmente exigentes (sistemas que actualmente están fuera del alcance de los códigos de ondas planas).
3. Paralelización eficiente.

El uso de una combinación lineal de orbitales atómicos numéricos convierte a SIESTA en un código DFT. SIESTA puede realizar cálculos muy rápidos con conjuntos de bases pequeños, lo que permite computar sistemas con miles de átomos. Alternativamente, el uso de bases más completas y precisas logra precisiones comparables a las de los cálculos estándar de ondas planas, con un rendimiento competitivo.

SIESTA se encuentra en continuo desarrollo desde su implementación en 1996. Las principales soluciones implementadas en la versión actual son:

• Cálculos con polarización de espín colineal y no colineal
• Implementación eficiente de la funcionalidad de Van der Waals
• Implementación de la función Wannier
• Módulo TranSIESTA/TBTrans con cualquier número de electrodos N>=1
• Correcciones de Coulomb in situ (DFT+U)
• Descripción de electrones fuertemente localizados, óxidos de metales de transición
• Acoplamiento espín-órbita (SOC)
• Aislantes topológicos, estructuras semiconductoras y cálculos de transporte cuántico.
• NEB (Banda elástica empujada) (interfaz con LUA )

• aproximación GW
• DFT dependiente del tiempo ( TDDFT )
• Funcionales híbridos
• Desplegándose la banda
• Solucionador de Poisson en el espacio real

Se han desarrollado varias herramientas de postprocesamiento para SIESTA. Estos programas procesan la salida de SIESTA o proporcionan funciones adicionales.

Desde su implementación, SIESTA ha sido utilizado por investigadores en geociencias, biología e ingeniería (que se extiende más allá de la física y la química de materiales) y se ha aplicado a una gran variedad de sistemas que incluyen superficies, adsorbentes, nanotubos, nanoclústeres, moléculas biológicas, semiconductores amorfos, películas ferroeléctricas, metales de baja dimensión, etc. ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]}

• Programas informáticos de química cuántica

• García, Alberto; Papior, Nick; Akhtar, Arsalan; Artacho, Emilio; Blum, Volker; Bosoni, Emanuele; Brandimarte, Pedro; Brandbyge, Mads; Cerdá, JI; Corsetti, Fabiano; Cuadrado, Ramón; Dikán, Vladimir; Ferrer, Jaime; Gale, Julián; García-Fernández, Pablo; García-Suárez, VM; García, Sandra; Eh, Georg; Illera, Sergio; Korytar, Richard; Koval, Pedro; Lebedeva, Irina; Lin, Lin; López-Tarifa, Pablo; G. Mayo, Sara; Mohr, Stephan; Ordejón, Pablo; Póstnikov, Andrei; Pouillon, Yann; Pruneda, Miguel; Robles, Roberto; Sánchez Portal, Daniel; Soler, José M.; Ullah, Rafi; Yu, Víctor Wen-zhe; Junquera, Javier (2020). "Siesta: desarrollos y aplicaciones recientes". Revista de Física Química . 152 (20): 204108. arXiv : 2006.01270 . doi : 10.1063/ 5.0005077 . hdl : 10902/20680 . PMID 32486661. S2CID 219179270 .  Postprint está disponible en hdl : 10261/213028 .
• Izquierdo, J.; Vega, A.; Balbás, L.; Sánchez-Portal, Daniel; Junquera, Javier; Artacho, Emilio; Soler, Jose; Ordejón, Pablo (2000). "Estudio ab initio sistemático de las propiedades electrónicas y magnéticas de diferentes sistemas de hierro puro y mixto". Physical Review B . 61 (20) 13639. Bibcode : 2000PhRvB..6113639I . doi : 10.1103/PhysRevB.61.13639 .
• Robles, R.; Izquierdo, J.; Vega, A.; Balbás, L. (2001). "Estudio de todos los electrones y de pseudopotencial de la polarización de espín de la superficie V(001): LDA versus GGA". Physical Review B . 63 (17) 172406. arXiv : cond-mat/0012064 . Bibcode : 2001PhRvB..63q2406R . doi : 10.1103/PhysRevB.63.172406 . S2CID 17632035 . 
• Soler, José M.; Artacho, Emilio; Gale, Julián D; García, Alberto; Junquera, Javier; Ordejón, Pablo; Sánchez-Portal, Daniel (2002). "El método SIESTA para la simulación de orden ab initio - N materiales". Revista de Física: Materia Condensada . 14 (11): 2745–2779 . arXiv : cond-mat/0104182 . Código Bib : 2002JPCM...14.2745S . doi : 10.1088/0953-8984/14/11/302 . S2CID 250812001 . 

• Sitio web de SIESTA
• Tutorial de SIESTA : una introducción a SIESTA que aborda las tareas para las que SIESTA es más adecuado que otros códigos ab initio.
• Descargar SIESTA
• Soporte profesional para SIESTA