El software del curso

Quantum ESPRESSO

Quantum ESPRESSO (QE) es el estándar de la industria para simulaciones de estructura electrónica basadas en la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT), libre y de código abierto.

Desarrollado por una comunidad internacional de investigadores desde 2009, QE implementa el método de ondas planas con pseudopotenciales — la combinación más usada en física computacional de materiales — y escala eficientemente desde laptops hasta supercomputadores con miles de núcleos.

En ECMA_QE 2026 usaremos QE sobre el clúster de supercómputo de la Universidad de los Andes. No necesitas instalarlo en tu computador.

Código abierto (GPL) Fortran + MPI/OpenMP +20 000 usuarios activos Citado >30 000 veces

¿Qué puedes calcular con QE?

Los módulos principales que usaremos en la escuela:

⚛️ Estructura Electrónica (pw.x)

  • Cálculo SCF: densidad electrónica autoconsistente.
  • Estructura de bandas: relación E(k) a lo largo de caminos en la zona de Brillouin.
  • DOS / PDOS: densidad de estados total y proyectada.
  • Relajación geométrica: optimización de posiciones atómicas y celda.

🧲 Magnetismo y Propiedades

  • Polarización de espín: cálculos magnéticos collineales.
  • Carga y momento magnético: análisis de Löwdin.
  • DFT+U: corrección de Hubbard para electrones correlacionados.
Conceptos clave

¿Cómo funciona DFT en QE?

01

Archivo de entrada

Defines la celda unitaria, posiciones atómicas, pseudopotenciales y parámetros del cálculo en un archivo de texto plano (.in).

→
02

Ciclo SCF

QE resuelve las ecuaciones de Kohn-Sham iterativamente hasta que la densidad electrónica converge. Usa ondas planas como base y pseudopotenciales para los núcleos.

→
03

Post-proceso

Con pp.x, bands.x y dos.x extraes densidades de carga, estructuras de bandas y DOS para graficar y analizar.

→
04

Visualización

Graficas los resultados con Python (matplotlib) o herramientas como VESTA y XCrySDen para interpretar la física del material.

Ejemplo Fragmento de archivo de entrada SCF para Si (silicio) 
&CONTROL
  calculation  = 'scf'
  prefix       = 'silicon'
  outdir       = './tmp'
  pseudo_dir   = './pseudo'
/
&SYSTEM
  ibrav        = 2
  celldm(1)    = 10.26        ! parámetro de red en bohr
  nat          = 2            ! átomos en la celda
  ntyp         = 1            ! tipos de átomos
  ecutwfc      = 40.0         ! energía de corte (Ry)
/
&ELECTRONS
  conv_thr     = 1.0d-8
/
ATOMIC_SPECIES
  Si  28.086  Si.pbe-n-rrkjus_psl.1.0.0.UPF
ATOMIC_POSITIONS crystal
  Si  0.00  0.00  0.00
  Si  0.25  0.25  0.25
K_POINTS automatic
  8 8 8  0 0 0
Antes de llegar

Preparación Recomendada

La escuela está diseñada para ser accesible, pero sacarás más provecho si llegas con estos fundamentos. No son requisitos obligatorios — son recomendaciones.

Esencial
  • Manejo básico de terminal Linux/Mac (navegar carpetas, crear archivos, ejecutar scripts).
  • Fundamentos de mecánica cuántica: ecuación de Schrödinger, estados estacionarios, notación de Dirac.
  • Conceptos de física de estado sólido: red de Bravais, celda unitaria, teorema de Bloch, zona de Brillouin.
Muy recomendado
  • Conocimiento básico de SSH para conectarse a servidores remotos.
  • Nociones de Python 3 para graficar resultados (matplotlib, numpy).
  • Haber leído el Capítulo 1 del manual oficial de pw.x (estructura de archivos de entrada).
Opcional pero útil
  • Haber usado algún software de visualización: VESTA, XCrySDen o similar.
  • Noción de cálculos DFT previos (VASP, Abinit, Siesta u otro código).
  • Familiaridad con gestores de trabajos HPC: SLURM o PBS.
Para profundizar

Recursos y Enlaces

Sitio Oficial

Documentación y Tutoriales

Pseudopotenciales

Referencias Fundacionales