Line data Source code
1 : !--------------------------------------------------------------------------------------------------!
2 : ! CP2K: A general program to perform molecular dynamics simulations !
3 : ! Copyright 2000-2026 CP2K developers group <https://cp2k.org> !
4 : ! !
5 : ! SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-or-later !
6 : !--------------------------------------------------------------------------------------------------!
7 :
8 : ! **************************************************************************************************
9 : !> \brief Calculate the CS1 Functional (Handy s improved LYP functional)
10 : !> \par History
11 : !> JGH (26.02.2003) : OpenMP enabled
12 : !> fawzi (04.2004) : adapted to the new xc interface
13 : !> \author JGH (16.03.2002)
14 : ! **************************************************************************************************
15 : MODULE xc_cs1
16 :
17 : USE kinds, ONLY: dp
18 : USE xc_derivative_desc, ONLY: deriv_norm_drho,&
19 : deriv_norm_drhoa,&
20 : deriv_norm_drhob,&
21 : deriv_rho,&
22 : deriv_rhoa,&
23 : deriv_rhob
24 : USE xc_derivative_set_types, ONLY: xc_derivative_set_type,&
25 : xc_dset_get_derivative
26 : USE xc_derivative_types, ONLY: xc_derivative_get,&
27 : xc_derivative_type
28 : USE xc_functionals_utilities, ONLY: set_util
29 : USE xc_rho_cflags_types, ONLY: xc_rho_cflags_type
30 : USE xc_rho_set_types, ONLY: xc_rho_set_get,&
31 : xc_rho_set_type
32 : #include "../base/base_uses.f90"
33 :
34 : IMPLICIT NONE
35 :
36 : PRIVATE
37 :
38 : REAL(KIND=dp), PARAMETER :: f13 = 1.0_dp/3.0_dp, &
39 : f23 = 2.0_dp*f13, &
40 : f43 = 4.0_dp*f13, &
41 : f53 = 5.0_dp*f13
42 :
43 : PUBLIC :: cs1_lda_info, cs1_lda_eval, cs1_lsd_info, cs1_lsd_eval
44 :
45 : REAL(KIND=dp) :: eps_rho
46 : LOGICAL :: debug_flag
47 : REAL(KIND=dp) :: fsig
48 :
49 : REAL(KIND=dp), PARAMETER :: a = 0.04918_dp, &
50 : b = 0.132_dp, &
51 : c = 0.2533_dp, &
52 : d = 0.349_dp
53 :
54 : REAL(KIND=dp), PARAMETER :: c1 = 0.018897_dp, &
55 : c2 = -0.155240_dp, &
56 : c3 = 0.159068_dp, &
57 : c4 = -0.007953_dp
58 :
59 : CHARACTER(len=*), PARAMETER, PRIVATE :: moduleN = 'xc_cs1'
60 :
61 : CONTAINS
62 :
63 : ! **************************************************************************************************
64 : !> \brief return various information on the functional
65 : !> \param reference string with the reference of the actual functional
66 : !> \param shortform string with the shortform of the functional name
67 : !> \param needs the components needed by this functional are set to
68 : !> true (does not set the unneeded components to false)
69 : !> \param max_deriv ...
70 : ! **************************************************************************************************
71 33 : SUBROUTINE cs1_lda_info(reference, shortform, needs, max_deriv)
72 : CHARACTER(LEN=*), INTENT(OUT), OPTIONAL :: reference, shortform
73 : TYPE(xc_rho_cflags_type), INTENT(inout), OPTIONAL :: needs
74 : INTEGER, INTENT(out), OPTIONAL :: max_deriv
75 :
76 33 : IF (PRESENT(reference)) THEN
77 1 : reference = "N.C. Handy and A.J. Cohen, J. Chem. Phys., 116, 5411 (2002) {LDA version}"
78 : END IF
79 33 : IF (PRESENT(shortform)) THEN
80 1 : shortform = "CS1: Handy improved LYP correlation energy functional {LDA}"
81 : END IF
82 33 : IF (PRESENT(needs)) THEN
83 32 : needs%rho = .TRUE.
84 32 : needs%rho_1_3 = .TRUE.
85 32 : needs%norm_drho = .TRUE.
86 : END IF
87 33 : IF (PRESENT(max_deriv)) max_deriv = 3
88 :
89 33 : END SUBROUTINE cs1_lda_info
90 :
91 : ! **************************************************************************************************
92 : !> \brief return various information on the functional
93 : !> \param reference string with the reference of the actual functional
94 : !> \param shortform string with the shortform of the functional name
95 : !> \param needs the components needed by this functional are set to
96 : !> true (does not set the unneeded components to false)
97 : !> \param max_deriv ...
98 : ! **************************************************************************************************
99 0 : SUBROUTINE cs1_lsd_info(reference, shortform, needs, max_deriv)
100 : CHARACTER(LEN=*), INTENT(OUT), OPTIONAL :: reference, shortform
101 : TYPE(xc_rho_cflags_type), INTENT(inout), OPTIONAL :: needs
102 : INTEGER, INTENT(out), OPTIONAL :: max_deriv
103 :
104 0 : IF (PRESENT(reference)) THEN
105 0 : reference = "N.C. Handy and A.J. Cohen, J. Chem. Phys., 116, 5411 (2002)"
106 : END IF
107 0 : IF (PRESENT(shortform)) THEN
108 0 : shortform = "CS1: Handy improved LYP correlation energy functional"
109 : END IF
110 0 : IF (PRESENT(needs)) THEN
111 0 : needs%rho_spin = .TRUE.
112 0 : needs%rho_spin_1_3 = .TRUE.
113 0 : needs%norm_drho_spin = .TRUE.
114 : END IF
115 0 : IF (PRESENT(max_deriv)) max_deriv = 1
116 :
117 0 : END SUBROUTINE cs1_lsd_info
118 :
119 : ! **************************************************************************************************
120 : !> \brief ...
121 : !> \param cutoff ...
122 : !> \param debug ...
123 : ! **************************************************************************************************
124 32 : SUBROUTINE cs1_init(cutoff, debug)
125 :
126 : REAL(KIND=dp), INTENT(IN) :: cutoff
127 : LOGICAL, INTENT(IN), OPTIONAL :: debug
128 :
129 32 : eps_rho = cutoff
130 32 : CALL set_util(cutoff)
131 :
132 32 : IF (PRESENT(debug)) THEN
133 0 : debug_flag = debug
134 : ELSE
135 32 : debug_flag = .FALSE.
136 : END IF
137 :
138 32 : fsig = 2.0_dp**f13
139 :
140 32 : END SUBROUTINE cs1_init
141 :
142 : ! **************************************************************************************************
143 : !> \brief ...
144 : !> \param rho_set ...
145 : !> \param deriv_set ...
146 : !> \param order ...
147 : ! **************************************************************************************************
148 64 : SUBROUTINE cs1_lda_eval(rho_set, deriv_set, order)
149 : TYPE(xc_rho_set_type), INTENT(IN) :: rho_set
150 : TYPE(xc_derivative_set_type), INTENT(IN) :: deriv_set
151 : INTEGER, INTENT(in) :: order
152 :
153 : CHARACTER(len=*), PARAMETER :: routineN = 'cs1_lda_eval'
154 :
155 : INTEGER :: handle, npoints
156 : INTEGER, DIMENSION(2, 3) :: bo
157 : REAL(KIND=dp) :: epsilon_rho
158 32 : REAL(KIND=dp), CONTIGUOUS, DIMENSION(:, :, :), POINTER :: e_0, e_ndrho, e_ndrho_ndrho, &
159 32 : e_ndrho_ndrho_ndrho, e_rho, e_rho_ndrho, e_rho_ndrho_ndrho, e_rho_rho, e_rho_rho_ndrho, &
160 32 : e_rho_rho_rho, grho, rho, rho13
161 : TYPE(xc_derivative_type), POINTER :: deriv
162 :
163 32 : CALL timeset(routineN, handle)
164 32 : NULLIFY (rho, rho13, grho, e_0, e_rho, e_ndrho, &
165 32 : e_rho_rho, e_rho_ndrho, e_ndrho_ndrho, &
166 32 : e_rho_rho_rho, e_rho_rho_ndrho, e_rho_ndrho_ndrho, &
167 32 : e_ndrho_ndrho_ndrho)
168 :
169 : CALL xc_rho_set_get(rho_set, rho_1_3=rho13, rho=rho, &
170 32 : norm_drho=grho, local_bounds=bo, rho_cutoff=epsilon_rho)
171 32 : npoints = (bo(2, 1) - bo(1, 1) + 1)*(bo(2, 2) - bo(1, 2) + 1)*(bo(2, 3) - bo(1, 3) + 1)
172 32 : CALL cs1_init(epsilon_rho)
173 :
174 : deriv => xc_dset_get_derivative(deriv_set, [INTEGER::], &
175 32 : allocate_deriv=.TRUE.)
176 32 : CALL xc_derivative_get(deriv, deriv_data=e_0)
177 :
178 32 : CALL cs1_u_0(rho, grho, rho13, e_0, npoints)
179 32 : IF (order >= 1) THEN
180 : deriv => xc_dset_get_derivative(deriv_set, [deriv_rho], &
181 32 : allocate_deriv=.TRUE.)
182 32 : CALL xc_derivative_get(deriv, deriv_data=e_rho)
183 : deriv => xc_dset_get_derivative(deriv_set, [deriv_norm_drho], &
184 32 : allocate_deriv=.TRUE.)
185 32 : CALL xc_derivative_get(deriv, deriv_data=e_ndrho)
186 :
187 : CALL cs1_u_1(rho, grho, rho13, e_rho, e_ndrho, &
188 32 : npoints)
189 : END IF
190 32 : IF (order >= 2) THEN
191 : deriv => xc_dset_get_derivative(deriv_set, [deriv_rho, deriv_rho], &
192 0 : allocate_deriv=.TRUE.)
193 0 : CALL xc_derivative_get(deriv, deriv_data=e_rho_rho)
194 : deriv => xc_dset_get_derivative(deriv_set, [deriv_rho, deriv_norm_drho], &
195 0 : allocate_deriv=.TRUE.)
196 0 : CALL xc_derivative_get(deriv, deriv_data=e_rho_ndrho)
197 : deriv => xc_dset_get_derivative(deriv_set, &
198 0 : [deriv_norm_drho, deriv_norm_drho], allocate_deriv=.TRUE.)
199 0 : CALL xc_derivative_get(deriv, deriv_data=e_ndrho_ndrho)
200 :
201 : CALL cs1_u_2(rho, grho, rho13, e_rho_rho, e_rho_ndrho, &
202 0 : e_ndrho_ndrho, npoints)
203 : END IF
204 32 : IF (order >= 3) THEN
205 : deriv => xc_dset_get_derivative(deriv_set, [deriv_rho, deriv_rho, deriv_rho], &
206 0 : allocate_deriv=.TRUE.)
207 0 : CALL xc_derivative_get(deriv, deriv_data=e_rho_rho_rho)
208 : deriv => xc_dset_get_derivative(deriv_set, &
209 0 : [deriv_rho, deriv_rho, deriv_norm_drho], allocate_deriv=.TRUE.)
210 0 : CALL xc_derivative_get(deriv, deriv_data=e_rho_rho_ndrho)
211 : deriv => xc_dset_get_derivative(deriv_set, &
212 0 : [deriv_rho, deriv_norm_drho, deriv_norm_drho], allocate_deriv=.TRUE.)
213 0 : CALL xc_derivative_get(deriv, deriv_data=e_rho_ndrho_ndrho)
214 : deriv => xc_dset_get_derivative(deriv_set, &
215 0 : [deriv_norm_drho, deriv_norm_drho, deriv_norm_drho], allocate_deriv=.TRUE.)
216 0 : CALL xc_derivative_get(deriv, deriv_data=e_ndrho_ndrho_ndrho)
217 :
218 : CALL cs1_u_3(rho, grho, rho13, e_rho_rho_rho, e_rho_rho_ndrho, &
219 0 : e_rho_ndrho_ndrho, e_ndrho_ndrho_ndrho, npoints)
220 : END IF
221 32 : IF (order > 3) THEN
222 0 : CPABORT("derivatives bigger than 3 not implemented")
223 : END IF
224 :
225 32 : CALL timestop(handle)
226 32 : END SUBROUTINE cs1_lda_eval
227 :
228 : ! **************************************************************************************************
229 : !> \brief ...
230 : !> \param rho_set ...
231 : !> \param deriv_set ...
232 : !> \param order ...
233 : ! **************************************************************************************************
234 0 : SUBROUTINE cs1_lsd_eval(rho_set, deriv_set, order)
235 : TYPE(xc_rho_set_type), INTENT(IN) :: rho_set
236 : TYPE(xc_derivative_set_type), INTENT(IN) :: deriv_set
237 : INTEGER, INTENT(in) :: order
238 :
239 : CHARACTER(len=*), PARAMETER :: routineN = 'cs1_lsd_eval'
240 :
241 : INTEGER :: handle, npoints
242 : INTEGER, DIMENSION(2, 3) :: bo
243 : REAL(KIND=dp) :: epsilon_rho
244 : REAL(KIND=dp), CONTIGUOUS, DIMENSION(:, :, :), &
245 0 : POINTER :: e_0, e_ndrhoa, e_ndrhob, e_rhoa, e_rhob, &
246 0 : norm_drhoa, norm_drhob, rhoa, &
247 0 : rhoa_1_3, rhob, rhob_1_3
248 : TYPE(xc_derivative_type), POINTER :: deriv
249 :
250 0 : CALL timeset(routineN, handle)
251 :
252 : CALL xc_rho_set_get(rho_set, rhoa=rhoa, rhob=rhob, &
253 : rhoa_1_3=rhoa_1_3, rhob_1_3=rhob_1_3, &
254 : norm_drhoa=norm_drhoa, norm_drhob=norm_drhob, &
255 0 : local_bounds=bo, rho_cutoff=epsilon_rho)
256 0 : npoints = (bo(2, 1) - bo(1, 1) + 1)*(bo(2, 2) - bo(1, 2) + 1)*(bo(2, 3) - bo(1, 3) + 1)
257 0 : CALL cs1_init(epsilon_rho)
258 :
259 : deriv => xc_dset_get_derivative(deriv_set, [INTEGER::], &
260 0 : allocate_deriv=.TRUE.)
261 0 : CALL xc_derivative_get(deriv, deriv_data=e_0)
262 :
263 : CALL cs1_ss_0(rhoa, rhob, norm_drhoa, norm_drhob, &
264 0 : rhoa_1_3, rhob_1_3, e_0, npoints)
265 0 : IF (order >= 1) THEN
266 : deriv => xc_dset_get_derivative(deriv_set, [deriv_rhoa], &
267 0 : allocate_deriv=.TRUE.)
268 0 : CALL xc_derivative_get(deriv, deriv_data=e_rhoa)
269 : deriv => xc_dset_get_derivative(deriv_set, [deriv_rhob], &
270 0 : allocate_deriv=.TRUE.)
271 0 : CALL xc_derivative_get(deriv, deriv_data=e_rhob)
272 : deriv => xc_dset_get_derivative(deriv_set, [deriv_norm_drhoa], &
273 0 : allocate_deriv=.TRUE.)
274 0 : CALL xc_derivative_get(deriv, deriv_data=e_ndrhoa)
275 : deriv => xc_dset_get_derivative(deriv_set, [deriv_norm_drhob], &
276 0 : allocate_deriv=.TRUE.)
277 0 : CALL xc_derivative_get(deriv, deriv_data=e_ndrhob)
278 :
279 : CALL cs1_ss_1(rhoa, rhob, norm_drhoa, norm_drhob, &
280 : rhoa_1_3, rhob_1_3, e_rhoa, e_rhob, e_ndrhoa, e_ndrhob, &
281 0 : npoints)
282 : END IF
283 0 : IF (order > 1) THEN
284 0 : CPABORT("derivatives bigger than 3 not implemented")
285 : END IF
286 0 : CALL timestop(handle)
287 0 : END SUBROUTINE cs1_lsd_eval
288 :
289 : ! **************************************************************************************************
290 : !> \brief ...
291 : !> \param rho ...
292 : !> \param grho ...
293 : !> \param r13 ...
294 : !> \param e_0 ...
295 : !> \param npoints ...
296 : ! **************************************************************************************************
297 32 : SUBROUTINE cs1_u_0(rho, grho, r13, e_0, npoints)
298 :
299 : REAL(KIND=dp), DIMENSION(*), INTENT(IN) :: rho, grho, r13
300 : REAL(KIND=dp), DIMENSION(*), INTENT(INOUT) :: e_0
301 : INTEGER, INTENT(in) :: npoints
302 :
303 : INTEGER :: ip
304 : REAL(KIND=dp) :: c2p, c3p, c4p, cp, dpv, F1, F2, F3, F4, &
305 : g, oc, ocp, od, odp, r, r3, x
306 :
307 32 : dpv = fsig*d
308 32 : cp = c*fsig*fsig
309 32 : c2p = c2*fsig**4
310 32 : c3p = -c3*0.25_dp
311 32 : c4p = -c4*0.25_dp
312 :
313 : !$OMP PARALLEL DO DEFAULT(NONE) &
314 : !$OMP SHARED(npoints,rho,eps_rho,e_0,dpv,cp,c2p,c3p,c4p,r13,grho) &
315 32 : !$OMP PRIVATE(ip,r,r3,g,x,odp,ocp,od,oc,f1,f2,f3,f4)
316 :
317 : DO ip = 1, npoints
318 :
319 : IF (rho(ip) > eps_rho) THEN
320 : r = rho(ip)
321 : r3 = r13(ip)
322 : g = grho(ip)
323 : x = g/(r*r3)
324 : odp = 1.0_dp/(r3 + dpv)
325 : ocp = 1.0_dp/(r*r*r3*r3 + cp*g*g)
326 : od = 1.0_dp/(r3 + d)
327 : oc = 1.0_dp/(r*r*r3*r3 + c*g*g)
328 : F1 = c1*r*r3*odp
329 : F2 = c2p*g**4*r3*r*odp*ocp*ocp
330 : F3 = c3p*r*r3*od
331 : F4 = c4p*g**4*r3*r*od*oc*oc
332 : e_0(ip) = e_0(ip) + F1 + F2 + F3 + F4
333 : END IF
334 :
335 : END DO
336 :
337 : !$OMP END PARALLEL DO
338 :
339 32 : END SUBROUTINE cs1_u_0
340 :
341 : ! **************************************************************************************************
342 : !> \brief ...
343 : !> \param rho ...
344 : !> \param grho ...
345 : !> \param r13 ...
346 : !> \param e_rho ...
347 : !> \param e_ndrho ...
348 : !> \param npoints ...
349 : ! **************************************************************************************************
350 32 : SUBROUTINE cs1_u_1(rho, grho, r13, e_rho, e_ndrho, npoints)
351 :
352 : REAL(KIND=dp), DIMENSION(*), INTENT(IN) :: rho, grho, r13
353 : REAL(KIND=dp), DIMENSION(*), INTENT(INOUT) :: e_rho, e_ndrho
354 : INTEGER, INTENT(in) :: npoints
355 :
356 : INTEGER :: ip
357 : REAL(KIND=dp) :: c2p, c3p, c4p, cp, dF1, dF3, dgF2, dgF4, &
358 : dpv, drF2, drF4, g, oc, ocp, od, odp, &
359 : r, r3
360 :
361 32 : dpv = fsig*d
362 32 : cp = c*fsig*fsig
363 32 : c2p = c2*fsig**4
364 32 : c3p = -c3*0.25_dp
365 32 : c4p = -c4*0.25_dp
366 :
367 : !$OMP PARALLEL DO DEFAULT(NONE) &
368 : !$OMP SHARED(npoints, rho, eps_rho, r13, grho, e_rho) &
369 : !$OMP SHARED(e_ndrho, dpv, cp, c2p, c3p, c4p) &
370 : !$OMP PRIVATE(ip, r, r3, g, odp, ocp, od, oc, df1) &
371 32 : !$OMP PRIVATE(drf2, dgf2, df3, drf4, dgf4)
372 :
373 : DO ip = 1, npoints
374 :
375 : IF (rho(ip) > eps_rho) THEN
376 : r = rho(ip)
377 : r3 = r13(ip)
378 : g = grho(ip)
379 : odp = 1.0_dp/(r3 + dpv)
380 : ocp = 1.0_dp/(r*r*r3*r3 + cp*g*g)
381 : od = 1.0_dp/(r3 + d)
382 : oc = 1.0_dp/(r*r*r3*r3 + c*g*g)
383 : dF1 = c1*f13*r3*(3*r3 + 4*dpv)*odp*odp
384 : drF2 = -f13*c2p*g**4*r3*(13*r**3 - 3*r3*cp*g*g + 12*r*r*r3*r3*dpv - &
385 : 4*dpv*cp*g*g)*odp**2*ocp**3
386 : dgF2 = 4*c2p*g**3*r**4*odp*ocp**3
387 : dF3 = f13*r3*c3p*(3*r3 + 4*d)*od*od
388 : drF4 = -f13*c4p*g**4*r3*(13*r**3 - 3*r3*c*g*g + 12*r*r*r3*r3*d - &
389 : 4*d*c*g*g)*od**2*oc**3
390 : dgF4 = 4*c4p*g**3*r**4*od*oc**3
391 : e_rho(ip) = e_rho(ip) + dF1 + drF2 + dF3 + drF4
392 : e_ndrho(ip) = e_ndrho(ip) + dgF2 + dgF4
393 : END IF
394 :
395 : END DO
396 :
397 : !$OMP END PARALLEL DO
398 :
399 32 : END SUBROUTINE cs1_u_1
400 :
401 : ! **************************************************************************************************
402 : !> \brief ...
403 : !> \param rho ...
404 : !> \param grho ...
405 : !> \param r13 ...
406 : !> \param e_rho_rho ...
407 : !> \param e_rho_ndrho ...
408 : !> \param e_ndrho_ndrho ...
409 : !> \param npoints ...
410 : ! **************************************************************************************************
411 0 : SUBROUTINE cs1_u_2(rho, grho, r13, e_rho_rho, e_rho_ndrho, e_ndrho_ndrho, &
412 : npoints)
413 :
414 : REAL(KIND=dp), DIMENSION(*), INTENT(IN) :: rho, grho, r13
415 : REAL(KIND=dp), DIMENSION(*), INTENT(INOUT) :: e_rho_rho, e_rho_ndrho, e_ndrho_ndrho
416 : INTEGER, INTENT(in) :: npoints
417 :
418 : INTEGER :: ip
419 : REAL(KIND=dp) :: c2p, c3p, c4p, cp, d2F1, d2F3, d2gF2, &
420 : d2gF4, d2rF2, d2rF4, dpv, drgF2, &
421 : drgF4, g, oc, ocp, od, odp, r, r3
422 :
423 0 : dpv = fsig*d
424 0 : cp = c*fsig*fsig
425 0 : c2p = c2*fsig**4
426 0 : c3p = -c3*0.25_dp
427 0 : c4p = -c4*0.25_dp
428 :
429 : !$OMP PARALLEL DO DEFAULT(NONE) &
430 : !$OMP SHARED(npoints, rho, eps_rho, r13, grho, e_rho_rho) &
431 : !$OMP SHARED(e_rho_ndrho, e_ndrho_ndrho, dpv, cp, c2p, c3p, c4p) &
432 : !$OMP PRIVATE(ip,r,r3,g,odp,ocp,od,oc,d2f1,d2rf2,drgf2,d2f3) &
433 0 : !$OMP PRIVATE(d2rf4,drgf4,d2gf2,d2gf4)
434 :
435 : DO ip = 1, npoints
436 :
437 : IF (rho(ip) > eps_rho) THEN
438 : r = rho(ip)
439 : r3 = r13(ip)
440 : g = grho(ip)
441 : odp = 1.0_dp/(r3 + dpv)
442 : ocp = 1.0_dp/(r*r*r3*r3 + cp*g*g)
443 : od = 1.0_dp/(r3 + d)
444 : oc = 1.0_dp/(r*r*r3*r3 + c*g*g)
445 : d2F1 = c1*f23*f13*dpv*r3/r*(r3 + 2*dpv)*odp**3
446 : d2rF2 = c2p*f13*f23*g**4*r3/r*(193*dpv*r**5*r3*r3 + 90*dpv*dpv*r**5*r3 &
447 : - 88*g*g*cp*r**3*r3 - 100*dpv*dpv*cp*g*g*r*r*r3*r3 &
448 : + 2*dpv*dpv*cp*cp*g**4 - 190*g*g*r**3*cp*dpv + g**4*r3*cp*cp*dpv &
449 : + 104*r**6)*odp**3*ocp**4
450 : drgF2 = c2p*f43*g**3*r*r*r3*(-13*r**3*r3*r3 + 11*cp*r*g*g - 12*dpv*r**3*r3 &
451 : + 12*r3*r3*dpv*cp*g*g)*odp*odp*ocp**4
452 : d2gF2 = -12*c2p*g*g*r**4*(cp*g*g - r*r*r3*r3)*odp*ocp**4
453 : d2F3 = f13*f23*c3p*d*r3/r*(r3 + 2*d)*od**3
454 : d2rF4 = c4p*f13*f23*g**4*r3/r*(193*d*r**5*r3*r3 + 90*d*d*r**5*r3 &
455 : - 88*g*g*c*r**3*r3 - 100*d*d*c*g*g*r*r*r3*r3 &
456 : + 2*d*d*c*c*g**4 - 190*g*g*r**3*c*d + g**4*r3*c*c*d &
457 : + 104*r**6)*od**3*oc**4
458 : drgF4 = c4p*f43*g**3*r*r*r3*(-13*r**3*r3*r3 + 11*c*r*g*g - 12*d*r**3*r3 &
459 : + 12*r3*r3*d*c*g*g)*od*od*oc**4
460 : d2gF4 = -12*c4p*g*g*r**4*(c*g*g - r*r*r3*r3)*od*oc**4
461 : e_rho_rho(ip) = e_rho_rho(ip) + d2F1 + d2rF2 + d2F3 + d2rF4
462 : e_rho_ndrho(ip) = e_rho_ndrho(ip) + drgF2 + drgF4
463 : e_ndrho_ndrho(ip) = e_ndrho_ndrho(ip) + d2gF2 + d2gF4
464 : END IF
465 :
466 : END DO
467 :
468 : !$OMP END PARALLEL DO
469 :
470 0 : END SUBROUTINE cs1_u_2
471 :
472 : ! **************************************************************************************************
473 : !> \brief ...
474 : !> \param rho ...
475 : !> \param grho ...
476 : !> \param r13 ...
477 : !> \param e_rho_rho_rho ...
478 : !> \param e_rho_rho_ndrho ...
479 : !> \param e_rho_ndrho_ndrho ...
480 : !> \param e_ndrho_ndrho_ndrho ...
481 : !> \param npoints ...
482 : ! **************************************************************************************************
483 0 : SUBROUTINE cs1_u_3(rho, grho, r13, e_rho_rho_rho, e_rho_rho_ndrho, &
484 : e_rho_ndrho_ndrho, e_ndrho_ndrho_ndrho, npoints)
485 :
486 : REAL(KIND=dp), DIMENSION(*), INTENT(IN) :: rho, grho, r13
487 : REAL(KIND=dp), DIMENSION(*), INTENT(INOUT) :: e_rho_rho_rho, e_rho_rho_ndrho, &
488 : e_rho_ndrho_ndrho, e_ndrho_ndrho_ndrho
489 : INTEGER, INTENT(in) :: npoints
490 :
491 : INTEGER :: ip
492 : REAL(KIND=dp) :: c2p, c3p, c4p, cp, d2rgF2, d2rgF4, d3F1, d3F3, d3gF2, d3gF4, d3rF2, d3rF4, &
493 : dpv, dr2gF2, dr2gF4, g, oc, ocp, od, odp, r, r3, t1, t10, t11, t13, t15, t16, t17, t19, &
494 : t2, t22, t23, t26, t29, t3, t32, t33, t37, t4, t44, t45, t50, t51, t52, t58, t6, t61, t7, &
495 : t74, t76, t77, t8, t80, t81, t82, t9
496 :
497 0 : dpv = fsig*d
498 0 : cp = c*fsig*fsig
499 0 : c2p = c2*fsig**4
500 0 : c3p = -c3*0.25_dp
501 0 : c4p = -c4*0.25_dp
502 :
503 : !$OMP PARALLEL DO DEFAULT(NONE) &
504 : !$OMP SHARED(npoints, rho, eps_rho, r13, grho, e_rho_rho_rho) &
505 : !$OMP SHARED(e_rho_rho_ndrho, e_rho_ndrho_ndrho) &
506 : !$OMP SHARED(e_ndrho_ndrho_ndrho, dpv, cp, c2p, c3p, c4p) &
507 : !$OMP PRIVATE(ip,r,r3,g,odp,ocp,od,oc,d3f1,d3rF2,d2rgF2) &
508 : !$OMP PRIVATE(dr2gF2,d3gF2,d3F3,d3rF4,d2rgF4,dr2gF4,d3gF4) &
509 : !$OMP PRIVATE(t1, t2, t3, t4, t6, t7, t8, t9, t10, t11, t13) &
510 : !$OMP PRIVATE(t15, t16, t17, t19, t22, t23, t26, t29, t32) &
511 : !$OMP PRIVATE(t33, t37, t44, t45, t50, t51, t52, t58, t61) &
512 0 : !$OMP PRIVATE(t74, t76, t77, t80, t81, t82)
513 :
514 : DO ip = 1, npoints
515 :
516 : IF (rho(ip) > eps_rho) THEN
517 : r = rho(ip)
518 : r3 = r13(ip)
519 : g = grho(ip)
520 : odp = 1.0_dp/(r3 + dpv)
521 : ocp = 1.0_dp/(r*r*r3*r3 + cp*g*g)
522 : od = 1.0_dp/(r3 + d)
523 : oc = 1.0_dp/(r*r*r3*r3 + c*g*g)
524 : d3F1 = -c1*f23*f13*f13*dpv*r3/(r*r)*(11*dpv*r3 + 4*dpv*dpv + 4*r/r3)*odp**4
525 : t1 = g**2; t2 = t1**2; t3 = r3; t4 = t3**2; t8 = dpv**2; t9 = t8*dpv
526 : t10 = cp**2; t11 = t10*cp; t13 = t2*t1; t16 = r**2; t17 = t4*t16
527 : t19 = t10*t2; t22 = t16**2; t23 = t22**2; t32 = t22*t16; t37 = t16*r
528 : t58 = t22*r; t61 = cp*t1
529 : t74 = 4*t9*t11*t13 + 668*t17*t9*t19 + 5524*t4*t23*dpv + 5171*t3*t23*t8 + &
530 : 1620*t23*t9 - 3728*t3*t32*cp*t1 + 440*t4*t37*t10*t2 + 1500*t2*t3*t37*dpv*t10 &
531 : + 4*t13*t4*dpv*t11 + 1737*t37*t8*t19 + 11*t3*t8*t11*t13 - 3860*t3*t58*t9*t61 + &
532 : 1976*t23*r - 11535*t4*t58*t8*t61 - 11412*t1*t32*cp*dpv
533 : t76 = (t3 + dpv)**2; t77 = t76**2; t80 = t17 + t61; t81 = t80**2; t82 = t81**2
534 : d3rF2 = -f23*f13*f13*c2p*t2/t4/r*t74/t77/t82/t80
535 : t4 = t3*r; t6 = r**2; t7 = t6**2; t8 = t7*t6; t9 = dpv**2; t15 = t1**2
536 : t17 = cp**2; t23 = t3**2; t26 = t6*r; t29 = cp*t1; t33 = t17*t15; t44 = t3 + dpv
537 : t45 = t44**2; t50 = t23*t6 + t29; t51 = t50**2; t52 = t51**2
538 : d2rgF2 = c2p*f23*f43*t1*g*t4*(90*t8*t9 + 193*t3*t8*dpv + 44*t15*t4*t17 - 236*t1 &
539 : *t7*cp + 104*t23*t8 - 240*t3*t26*t9*t29 + 54*t23*t9*t33 - 478*t23*t26*dpv*t29 &
540 : + 97*r*dpv*t33)/t45/t44/t52/t50
541 : dr2gF2 = -4*c2p*g*g*r*r*r3*(-40*r**3*r3*dpv*cp*g*g + 12*r3*r3*dpv*cp*cp*g**4 &
542 : + 13*r**6*r3 - 40*r**3*r3*r3*cp*g*g + 11*r*cp*cp*g**4 + 12*r**6*dpv) &
543 : *odp*odp*ocp**5
544 : d3gF2 = c2p*24*g*r**3*r3*(r**6 - 5*cp*g*g*r**3*r3 + 2*cp*cp*g**4*r3*r3)*odp*ocp**5
545 : d3F3 = -f23*f13*f13*c3p*d*r3/(r*r)*(11*d*r3 + 4*d*d + 4*r3*r3)*od**4
546 : t1 = g**2; t2 = t1**2; t3 = r3; t4 = t3**2; t8 = d**2; t9 = t8*d
547 : t10 = c**2; t11 = t10*c; t13 = t2*t1; t16 = r**2; t17 = t4*t16
548 : t19 = t10*t2; t22 = t16**2; t23 = t22**2; t32 = t22*t16; t37 = t16*r
549 : t58 = t22*r; t61 = c*t1
550 : t74 = 4*t9*t11*t13 + 668*t17*t9*t19 + 5524*t4*t23*d + 5171*t3*t23*t8 + &
551 : 1620*t23*t9 - 3728*t3*t32*c*t1 + 440*t4*t37*t10*t2 + 1500*t2*t3*t37*d*t10 &
552 : + 4*t13*t4*d*t11 + 1737*t37*t8*t19 + 11*t3*t8*t11*t13 - 3860*t3*t58*t9*t61 + &
553 : 1976*t23*r - 11535*t4*t58*t8*t61 - 11412*t1*t32*c*d
554 : t76 = (t3 + d)**2; t77 = t76**2; t80 = t17 + t61; t81 = t80**2; t82 = t81**2
555 : d3rF4 = -f23*f13*f13*c4p*t2/t4/r*t74/t77/t82/t80
556 : t4 = t3*r; t6 = r**2; t7 = t6**2; t8 = t7*t6; t9 = d**2; t15 = t1**2
557 : t17 = c**2; t23 = t3**2; t26 = t6*r; t29 = c*t1; t33 = t17*t15; t44 = t3 + d
558 : t45 = t44**2; t50 = t23*t6 + t29; t51 = t50**2; t52 = t51**2
559 : d2rgF4 = c4p*f23*f43*t1*g*t4*(90*t8*t9 + 193*t3*t8*d + 44*t15*t4*t17 - 236*t1 &
560 : *t7*c + 104*t23*t8 - 240*t3*t26*t9*t29 + 54*t23*t9*t33 - 478*t23*t26*d*t29 &
561 : + 97*r*d*t33)/t45/t44/t52/t50
562 : dr2gF4 = -4*c4p*g*g*r*r*r3*(-40*r**3*r3*d*c*g*g + 12*r3*r3*d*c*c*g**4 &
563 : + 13*r**6*r3 - 40*r**3*r3*r3*c*g*g + 11*r*c*c*g**4 + 12*r**6*d) &
564 : *od*od*oc**5
565 : d3gF4 = c4p*24*g*r**3*r3*(r**6 - 5*c*g*g*r**3*r3 + 2*c*c*g**4*r3*r3)*od*oc**5
566 : e_rho_rho_rho(ip) = e_rho_rho_rho(ip) + d3F1 + d3rF2 + d3F3 + d3rF4
567 : e_rho_rho_ndrho(ip) = e_rho_rho_ndrho(ip) + d2rgF2 + d2rgF4
568 : e_rho_ndrho_ndrho(ip) = e_rho_ndrho_ndrho(ip) + dr2gF2 + dr2gF4
569 : e_ndrho_ndrho_ndrho(ip) = e_ndrho_ndrho_ndrho(ip) + d3gF2 + d3gF4
570 : END IF
571 :
572 : END DO
573 :
574 : !$OMP END PARALLEL DO
575 :
576 0 : END SUBROUTINE cs1_u_3
577 :
578 : ! **************************************************************************************************
579 : !> \brief ...
580 : !> \param rhoa ...
581 : !> \param rhob ...
582 : !> \param grhoa ...
583 : !> \param grhob ...
584 : !> \param r13a ...
585 : !> \param r13b ...
586 : !> \param e_0 ...
587 : !> \param npoints ...
588 : ! **************************************************************************************************
589 0 : SUBROUTINE cs1_ss_0(rhoa, rhob, grhoa, grhob, r13a, r13b, e_0, &
590 : npoints)
591 :
592 : REAL(KIND=dp), DIMENSION(*), INTENT(IN) :: rhoa, rhob, grhoa, grhob, r13a, r13b
593 : REAL(KIND=dp), DIMENSION(*), INTENT(INOUT) :: e_0
594 : INTEGER, INTENT(in) :: npoints
595 :
596 : INTEGER :: ip
597 : REAL(KIND=dp) :: F1a, F1b, F2a, F2b, ga, gb, oca, ocb, &
598 : oda, odb, r3a, r3b, ra, rb, xa, xb
599 :
600 : !FM IF ( .NOT. debug_flag ) CPABORT("Routine not tested")
601 :
602 0 : CPWARN("not tested!")
603 :
604 : !$OMP PARALLEL DO DEFAULT(NONE) &
605 : !$OMP SHARED(npoints, rhoa, eps_rho, r13a, grhoa, rhob) &
606 : !$OMP SHARED(r13b, grhob, e_0) &
607 : !$OMP PRIVATE(ip, f1a, f2a, ra, r3a, ga, xa, oda, oca) &
608 0 : !$OMP PRIVATE( f1b, f2b, rb, r3b, gb, xb, odb, ocb)
609 :
610 : DO ip = 1, npoints
611 :
612 : IF (rhoa(ip) < eps_rho) THEN
613 : F1a = 0.0_dp
614 : F2a = 0.0_dp
615 : ELSE
616 : ra = rhoa(ip)
617 : r3a = r13a(ip)
618 : ga = grhoa(ip)
619 : xa = ga/(ra*r3a)
620 : oda = 1.0_dp/(r3a + d)
621 : oca = 1.0_dp/(ra*ra*r3a*r3a + c*ga*ga)
622 : F1a = c1*ra*r3a*oda
623 : F2a = c2*ga**4*r3a*ra*oda*oca*oca
624 : END IF
625 : IF (rhob(ip) < eps_rho) THEN
626 : F1b = 0.0_dp
627 : F2b = 0.0_dp
628 : ELSE
629 : rb = rhob(ip)
630 : r3b = r13b(ip)
631 : gb = grhob(ip)
632 : xb = gb/(rb*r3b)
633 : odb = 1.0_dp/(r3b + d)
634 : ocb = 1.0_dp/(rb*rb*r3b*r3b + c*gb*gb)
635 : F1b = c1*rb*r3b*odb
636 : F2b = c2*gb**4*r3b*rb*odb*ocb*ocb
637 : END IF
638 :
639 : e_0(ip) = e_0(ip) + F1a + F1b + F2a + F2b
640 :
641 : END DO
642 :
643 : !$OMP END PARALLEL DO
644 :
645 0 : END SUBROUTINE cs1_ss_0
646 :
647 : ! **************************************************************************************************
648 : !> \brief ...
649 : !> \param rhoa ...
650 : !> \param rhob ...
651 : !> \param grhoa ...
652 : !> \param grhob ...
653 : !> \param r13a ...
654 : !> \param r13b ...
655 : !> \param e_rhoa ...
656 : !> \param e_rhob ...
657 : !> \param e_ndrhoa ...
658 : !> \param e_ndrhob ...
659 : !> \param npoints ...
660 : ! **************************************************************************************************
661 0 : SUBROUTINE cs1_ss_1(rhoa, rhob, grhoa, grhob, r13a, r13b, e_rhoa, &
662 : e_rhob, e_ndrhoa, e_ndrhob, npoints)
663 :
664 : REAL(KIND=dp), DIMENSION(*), INTENT(IN) :: rhoa, rhob, grhoa, grhob, r13a, r13b
665 : REAL(KIND=dp), DIMENSION(*), INTENT(INOUT) :: e_rhoa, e_rhob, e_ndrhoa, e_ndrhob
666 : INTEGER, INTENT(in) :: npoints
667 :
668 : INTEGER :: ip
669 : REAL(KIND=dp) :: dF1a, dF1b, dgF2a, dgF2b, drF2a, drF2b, &
670 : ga, gb, oca, ocb, oda, odb, r3a, r3b, &
671 : ra, rb
672 :
673 0 : CPWARN("not tested!")
674 :
675 : !$OMP PARALLEL DO DEFAULT(NONE) &
676 : !$OMP SHARED(npoints, rhoa, eps_rho, r13a, grhoa, rhob) &
677 : !$OMP SHARED(grhob, e_rhoa, e_ndrhoa, e_rhob, e_ndrhob,r13b) &
678 : !$OMP PRIVATE(ip, df1a, drf2a, dgf2a, ra, r3a, ga, oda, oca) &
679 0 : !$OMP PRIVATE( df1b, drf2b, dgf2b, rb, r3b, gb, odb, ocb)
680 :
681 : DO ip = 1, npoints
682 :
683 : IF (rhoa(ip) < eps_rho) THEN
684 : dF1a = 0.0_dp
685 : drF2a = 0.0_dp
686 : dgF2a = 0.0_dp
687 : ELSE
688 : ra = rhoa(ip)
689 : r3a = r13a(ip)
690 : ga = grhoa(ip)
691 : oda = 1.0_dp/(r3a + d)
692 : oca = 1.0_dp/(ra*ra*r3a*r3a + c*ga*ga)
693 : dF1a = c1*f13*r3a*(3*r3a + 4*d)*oda*oda
694 :
695 : drF2a = -f13*c2*ga**4*r3a*(13*ra**3 - 3*r3a*c*ga*ga + 12*ra*ra*r3a*r3a*d - &
696 : 4*d*c*ga*ga)*oda**2*oca**3
697 :
698 : dgF2a = 4*c2*ga**3*ra**4*oda*oca**3
699 :
700 : END IF
701 : IF (rhob(ip) < eps_rho) THEN
702 : dF1b = 0.0_dp
703 : drF2b = 0.0_dp
704 : dgF2b = 0.0_dp
705 : ELSE
706 : rb = rhob(ip)
707 : r3b = r13b(ip)
708 : gb = grhob(ip)
709 : odb = 1.0_dp/(r3b + d)
710 : ocb = 1.0_dp/(rb*rb*r3b*r3b + c*gb*gb)
711 : dF1b = c1*f13*r3b*(3*r3b + 4*d)*odb*odb
712 :
713 : drF2b = -f13*c2*gb**4*r3b*(13*rb**3 - 3*r3b*c*gb*gb + 12*rb*rb*r3b*r3b*d - &
714 : 4*d*c*gb*gb)*odb**2*ocb**3
715 :
716 : dgF2b = 4*c2*gb**3*rb**4*odb*ocb**3
717 :
718 : END IF
719 :
720 : e_rhoa(ip) = e_rhoa(ip) + dF1a + drF2a
721 : e_ndrhoa(ip) = e_ndrhoa(ip) + dgF2a
722 : e_rhob(ip) = e_rhob(ip) + dF1b + drF2b
723 : e_ndrhob(ip) = e_ndrhob(ip) + dgF2b
724 :
725 : END DO
726 :
727 : !$OMP END PARALLEL DO
728 :
729 0 : END SUBROUTINE cs1_ss_1
730 :
731 : END MODULE xc_cs1
732 :
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