ABINIT is a package whose main program allows one to find the total energy, charge density, electronic structure and many other properties of systems made of electrons and nuclei, (molecules and periodic solids) within Density Functional Theory (DFT), Many-Body Perturbation Theory (GW approximation and Bethe–Salpeter equation) and Dynamical Mean Field Theory (DMFT). ABINIT also allows to optimize the geometry according to the DFT forces and stresses, to perform molecular dynamics simulations using these forces, and to generate dynamical matrices, Born effective charges and dielectric tensors. The present paper aims to describe the new capabilities of ABINIT that have been developed since 2009. It covers both physical and technical developments inside the ABINIT code, as well as developments provided within the ABINIT package. The developments are described with relevant references, input variables, tests and tutorials. Program title: ABINIT Catalogue identifier: AEEU_v2_0 Program summary URL:http://cpc.cs.qub.ac.uk/summaries/AEEU_v2_0.html Program obtainable from: CPC Program Library, Queen’s University, Belfast, N. Ireland Licensing provisions: GNU General Public License, version 3 No. of lines in distributed program, including test data, etc.: 4845789 No. of bytes in distributed program, including test data, etc.: 71340403 Distribution format: tar.gz Programming language: Fortran2003, PERL scripts, Python scripts. Classification: 7.3, 7.8. External routines: (all optional) BigDFT [2], ETSF_IO [3], libxc [4], NetCDF [5], MPI [6], Wannier90 [7], FFTW [8]. Catalogue identifier of previous version: AEEU_v1_0 Journal reference of previous version: Comput. Phys. Comm. 180 (2009) 2582 Does the new version supersede the previous version?: Yes. The abinit-7.10.5 version is now the up to date stable version of ABINIT Nature of problem: This package has the purpose of computing accurately material and nanostructure properties: electronic structure, bond lengths, bond angles, primitive cell size, cohesive energy, dielectric properties, vibrational properties, elastic properties, optical properties, magnetic properties, non-linear couplings, electronic and vibrational life-times, and others. Solution method: Software application based on Density Functional Theory, Many-Body Perturbation Theory and Dynamical Mean Field Theory, pseudopotentials, with plane waves or wavelets as basis functions. Reasons for new version: Since 2009, the abinit-5.7.4 version of the code has considerably evolved and is not yet up to date. The abinit- 7.10.5 version contains new physical and technical features that allow electronic structure calculations impossible to carry out in the previous versions. Summary of revisions: new physical features: quantum effects for the nuclei treated by the Path-integral Molecular Dynamics; finding transition states using image dynamics (NEB or string methods); two component DFT for electron-positron annihilation; linear response in a Projector Augmented-Wave approach -PAW-, electron-phonon interactions and temperature dependence of the gap; Bethe Salpeter Equation -BSE-; Dynamical Mean Field Theory (DMFT). new technical features: development of a PAW approach for a wavelet basis; parallelisation of the code on more than 10,000 processors; new build system. new features in the ABINIT package: tests; test farm; new tutorials; new pseudopotentials and PAW atomic data tables; GUI and postprocessing tools like the AbiPy and APPA libraries. It is difficult to answer to the question as the use of ABINIT is very large. On one hand, ABINIT can run on 10,000 processors for hours to perform quantum molecular dynamics on large systems. On the other hand, tutorials for students can be performed on a laptop within a few minutes. References: http://www.gnu.org/copyleft/gpl.txt http://bigdft.org http://www.etsf.eu/fileformats http://www.tddft.org/programs/octopus/wiki/index.php/Libxc http://www.unidata.ucar.edu/software/netcdf https://en.wikipedia.org/wiki/Message_Passing_Interface http://www.wannier.org M. Frigo and S.G. Johnson, Proceedings of the IEEE, 93, 216–231 (2005).

Samarium supersensors Piezoelectric materials produce electric charge in response to changes in stress and are thus good sensor materials. One challenge has been growing single-crystal piezoelectrics with uniform properties. As of now, much of the crystal is discarded because of compositional variations. Li et al. synthesized single crystals of samarium-doped Pb(Mg 1/3 Nb 2/3 )O 3 -PbTiO 3 that have uniform and extremely high piezoelectric properties (see the Perspective by Hlinka). These crystals are ideal for a variety of sensing applications and could reduce cost by eliminating waste. Science , this issue p. 264 ; see also p. 228

Abstract In the brain, learning is achieved through the ability of synapses to reconfigure the strength by which they connect neurons (synaptic plasticity). In promising solid-state synapses called memristors, conductance can be finely tuned by voltage pulses and set to evolve according to a biological learning rule called spike-timing-dependent plasticity (STDP). Future neuromorphic architectures will comprise billions of such nanosynapses, which require a clear understanding of the physical mechanisms responsible for plasticity. Here we report on synapses based on ferroelectric tunnel junctions and show that STDP can be harnessed from inhomogeneous polarization switching. Through combined scanning probe imaging, electrical transport and atomic-scale molecular dynamics, we demonstrate that conductance variations can be modelled by the nucleation-dominated reversal of domains. Based on this physical model, our simulations show that arrays of ferroelectric nanosynapses can autonomously learn to recognize patterns in a predictable way, opening the path towards unsupervised learning in spiking neural networks.

Intrinsically ferromagnetic 2D semiconductors are essential and highly sought for nanoscale spintronics, but they can only be obtained from ferromagnetic bulk crystals, while the possibility to create 2D intrinsic ferromagnets from bulk antiferromagnets remains unknown. Herein on the basis of ab initio calculations, we demonstrate this feasibility with the discovery of intrinsic ferromagnetism in an emerging class of single-layer 2D semiconductors CrOX (CrOCl and CrOBr monolayers), which show robust ferromagnetic ordering, large spin polarization, and high Curie temperature. These 2D crystals promise great dynamical and thermal stabilities as well as easy experimental fabrication from their bulk antiferromagnets. The Curie temperature of 2D CrOCl is 160 K, which exceeds the record (155 K) of the most-studied dilute magnetic GaMnAs materials, and could be further enhanced by appropriate strains. Our study offers an alternative promising way to create 2D intrinsic ferromagnets from their antiferromagnetic bulk counterparts and also renders 2D CrOX monolayers great platform for future spintronics.

Atomically thin two-dimensional (2D) materials have received considerable research interest due to their extraordinary properties and promising applications. Here we predict the monolayered indium triphosphide (InP3) as a new semiconducting 2D material with a range of favorable functional properties by means of ab initio calculations. The 2D InP3 crystal shows high stability and promise of experimental synthesis. It possesses an indirect band gap of 1.14 eV and a high electron mobility of 1919 cm2 V-1 s-1, which can be strongly manipulated with applied strain. Remarkably, the InP3 monolayer suggests tunable magnetism and half-metallicity under hole doping or defect engineering, which is attributed to the novel Mexican-hat-like bands and van Hove singularities in its electronic structure. A semiconductor-metal transition is also revealed by doping 2D InP3 with electrons. Furthermore, monolayered InP3 exhibits extraordinary optical absorption with significant excitonic effects in the entire range of the visible light spectrum. All these desired properties render 2D InP3 a promising candidate for future applications in a wide variety of technologies, in particular for electronic, spintronic, and photovoltaic devices.

Abstract Dielectric capacitors, although presenting faster charging/discharging rates and better stability compared with supercapacitors or batteries, are limited in applications due to their low energy density. Antiferroelectric (AFE) compounds, however, show great promise due to their atypical polarization-versus-electric field curves. Here we report our first-principles-based theoretical predictions that Bi 1− x R x FeO 3 systems (R being a lanthanide, Nd in this work) can potentially allow high energy densities (100–150 J cm −3 ) and efficiencies (80–88%) for electric fields that may be within the range of feasibility upon experimental advances (2–3 MV cm −1 ). In addition, a simple model is derived to describe the energy density and efficiency of a general AFE material, providing a framework to assess the effect on the storage properties of variations in doping, electric field magnitude and direction, epitaxial strain, temperature and so on, which can facilitate future search of AFE materials for energy storage.

This review article provides a comprehensive overview of the latest developments in visible-light-excited RTP CDs, which includes the luminescence mechanisms, preparation strategies, property regulation, and potential applications.

Abstract Antiferromagnets have attracted significant attention in the field of magnonics, as promising candidates for ultralow-energy carriers for information transfer for future computing. The role of crystalline orientation distribution on magnon transport has received very little attention. In multiferroics such as BiFeO 3 the coupling between antiferromagnetic and polar order imposes yet another boundary condition on spin transport. Thus, understanding the fundamentals of spin transport in such systems requires a single domain, a single crystal. We show that through Lanthanum (La) substitution, a single ferroelectric domain can be engineered with a stable, single-variant spin cycloid, controllable by an electric field. The spin transport in such a single domain displays a strong anisotropy, arising from the underlying spin cycloid lattice. Our work shows a pathway to understanding the fundamental origins of magnon transport in such a single domain multiferroic.

Abstract Extrusion‐based three‐dimensional (3D) printing has been extensively studied in the food manufacturing industry. This technology places particular emphasis on the rheological properties of the printing ink. Gel system is the most suitable ink system and benefits from the composition of plant raw materials and gel properties of multiple components; green, healthy aspects of the advantages of the development of plant‐based gel system has achieved a great deal of attention. However, the relevant treatment technologies are still only at the laboratory stage. With a view toward encouraging further optimization of ink printing performance and advances in this field, in this review, we present a comprehensive overview of the application of diverse plant‐based gel systems in 3D food printing and emphasize the utilization of different treatment methods to enhance the printability of these gel systems. The treatment technologies described in this review are categorized into three distinct groups, physical, chemical, and physicochemical synergistic treatments. We comprehensively assess the specific application of these technologies in various plant‐based gel 3D printing systems and present valuable insights regarding the challenges and opportunities for further advances in this field.

To evaluate the predictive value of somatosensory evoked potentials (SEPs) for the efficacy of closed reduction combined with over-extension reduction technique (PVP) in managing thoracolumbar spinal compression fractures.