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求助一个计算化学的理论问题

作者 wuyong123
来源: 小木虫 150 3 举报帖子
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求问分子轨道理论和密度泛函理论的联系与区别,需要详细的阐述那种,感谢大佬们了。

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  • 精华评论
  • paramecium86

    只能简单的说说:
    Molecular orbital理论也就是基于解薛定谔方程,用原子轨道函数线性组合生成波函数。对于多电子体系无法精确求解。用HF-SCF 来近似求解。但是需要用post-HF方法来进行校正。
    DFT理论 用electron density function 当做方程的 eigenfunction。方程可以精确求解。但是无法找到完美operator。

    两种方法的电子能量写出来如下:  

    分子轨道ab initio            E =  T(单电子动能) + VV(核-核) + VV(核-电子)+ E(库伦能)+ EX(交换能) + EC(电子相关能)   
    DFT (Kohn–Sham DFT)  E(DFT) =  T(ρ)                   +      VV(ρ) +                          EJ(ρ)                         +   EXC(ρ)

    如果基组足够完备  分子轨道HF-SCF方法可以精确求解前五项,但是无法处理最后一项电子相关能。
    Post-HF方法都是在想各种办法求得精确的电子相关能。比如 CI 比如 MPn系列 比如 CC系列。但是会大幅增加计算成本。

    DFT-KS 方程的求解 前两项大概对应了分子轨道理论中前三项 后两项大概包括了后三项。其中第一项T(ρ)得到的单电子动能并非精确地 这部分误差被放入第四项。
    第二项外势能okay
    第三项电子相互作用能。基本上等于库伦能 但是也是有点点误差。
    第一项 第三项的这两个误差之和就是最后一项 EXC(ρ) 叫做交换-相关能 。 因为DFT自带了一部分电子相关能所以比HF天生要精确。并且 electron density function 无论体系多大, 都是只有x y z 三个coordinates。而分子轨道方法用的波函数是单电子的轨道方程和自旋方程组成的 每一个单电子都是3个coordinates + 1个spin 所以波函数发的维度正比于总电子数目的。要远远比DFT复杂。所以计算电子很多的体系的时候DFT有很大优势。 DFT的劣势是求解EXC(ρ)的时候 没有完美的方程。需要优化方程 这就是为什么有那么多不同的DFT方法。优化方法的时候分为两种 手段: 一种是用实验数据拟合方程中的参数。 一种是用量化方法来constrain方程中的参数。
    后来有的DFT方法用HF部分来计算库仑力 这样会让这部分能量算的更准。这样导致结果更准,也就是所谓的杂化泛函。 B3LYP就是其中一种。
    另外因为DFT存在的交换相关能缺失 会导致算完的能量偏高 但是去校正交换相关能的方法一般会让总能量偏低。二者恰好抵消的话 会让某些泛函对于某些分子的计算特别精准。这也是为什么对于不同体系有可能要用不同的泛函去计算,

  • paramecium86

    引用回帖:
    3楼: Originally posted by wuyong123 at 2019-12-14 10:12:34
    大佬,你真的太厉害了吧,我感觉比我们老师讲的好多了,另外想问您Gaussian计算程序的一些问题,可以加微信交流吗,实在感谢您的回答了
    ...

    用qq方便些。就进 http://muchong.com/t-13045466-1 这个前任量化版主建的这个群就行。

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