Comparaison des fonctions de Wannier résultant de différents schémas de minimisation dans l'arséniure de gallium (les plus grandes sphères roses sont des atomes de cation Ga et les sphères jaunes sont des anions As). Crédit :Valerio Vitale @Imperial College London.
Les fonctions de Wannier ont été introduites pour la première fois par Gregory Wannier en 1937 comme moyen alternatif de décrire l'état fondamental électronique des systèmes périodiques. Ils étaient liés aux orbitales de Bloch, la méthode standard de description de ces états fondamentaux, par familles de transformations dans un espace continu de matrices unitaires. Malheureusement, cela était lié à un large degré d'arbitraire.
En 1996, Directeur du PRN MARVEL Nicola Marzari, puis un post-doctorat à Rutgers University, et le professeur David Vanderbilt, aussi chez Rutgers, a développé une nouvelle méthode permettant aux chercheurs de transformer de manière itérative les orbitales de Bloch étendues d'un calcul des premiers principes en un ensemble unique de fonctions de Wannier « maximalement localisées ». Ces fonctions orthogonales localisées peuvent représenter très précisément les états propres de Bloch d'un système périodique à un coût de calcul très faible, grâce à la taille minimale de l'ensemble de base Wannier. En outre, Les fonctions Wannier peuvent être utilisées pour analyser la nature de la liaison chimique, ou comme sonde locale des phénomènes liés à la polarisation électrique et à l'aimantation orbitale. Ils peuvent également être construits et utilisés en dehors du contexte de la théorie des structures électroniques, par exemple dans les cas qui incluent des excitations de phonons, cristaux photoniques, et les réseaux optiques à atomes froids.
L'historique du développement du code peut être consulté ici. Il est à noter qu'il y a déjà 20 ans une collaboration avec le Prof. Alfonso Baldereschi et le Dr Michel Posternak, ici à l'EPFL, était la clé pour rendre le code vraiment agnostique à tout logiciel de premier principe, et donc largement utilisable et interopérable. Son utilisation et sa popularité peuvent être évaluées par les statistiques sur les articles décrivant soit v1.0 ou v2.0, rassemblant environ 500 articles publiés en 2019 seulement.
Dans son incarnation Fortran90, Wannier90 est maintenant passé d'un développement par une petite communauté de chercheurs à un modèle où les développements sont pilotés par la communauté. Ceci a été réalisé principalement en hébergeant le code source et les efforts de développement associés sur un référentiel GitHub public, en construisant une communauté de développeurs Wannier90 engagés et récompensés par des nouveautés et des papiers associés, et faciliter les interactions personnelles entre les individus à travers des ateliers communautaires, le plus récent à Saint-Sébastien en 2016, qui a jeté les bases du présent document.
Grâce à cette transition, la version 3.0 du programme comprend plusieurs nouvelles fonctionnalités et améliorations qui le rendent très robuste, efficace et riche en fonctionnalités. Il s'agit notamment de nouvelles méthodes pour le calcul des WF et pour la génération des projections initiales ; parallélisation et optimisations; interfaces avec de nouveaux codes, méthodes et infrastructures; nouvelle fonctionnalité utilisateur; une documentation améliorée et diverses corrections de bugs. L'élargissement de la communauté des développeurs a également eu un effet visible en termes de pratiques modernes d'ingénierie logicielle qui ont été mises en place. Ils contribuent à améliorer la robustesse et la fiabilité du code et facilitent sa maintenance par le noyau de développeurs Wannier90 ainsi que sa pérennité à long terme.
