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j346281142

银虫 (初入文坛)

[求助] 密度泛函理论计算能带结构 已有1人参与

不知道混合晶型能不能用密度泛函理论来计算能带结构啊,我看CASTEP软件计算的时候需要先建立一个结构,本人对密度泛函理论完全不懂,想请大神指导一下,谢谢.
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dandelion90

铜虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

感谢参与,应助指数 +1
密度泛涵理论最初来源于对下面这个问题的考虑:在量子化学从头算中,对于一个N电子体
系,N电子波函数依赖于3N个空间变量及N个自旋变量共4N个变量,我们是否能其它相对简单
的变量来替换这4N个变量以达到简化计算的目的,如用体系的电子密度?因为,对于波函数实
验上无法准确测定,而电子密度却可以,电子密度同波函数模的平方相联系.另一方面,对于
依赖4N个变量的波函数,将随着体系变大电子数增多使计算变得越来越困难,而体系的哈密
顿只不过由单电子和双电子算符组成,同时只跟体系中的单个电子和双电子的信息有关,因
此波函数中4N个变量已经包含了多余的信息,对我们的计算目的而言.因此,以电子密度为变
量,Thomas-Fermi Model作了最初的尝试,将能量表示为密度的泛函,这里有个问题要注意的
是泛函和复合函数的区别.TFM虽然是一个很粗糙的模型,但是它的意义非常重要,因为它将
电子动能第一次明确地以电子密度形式表示.至此,说简单些,密度泛函方法就是以体系的电
子密度为变量的方法.
随后,Hohenberg-Kohn定理证明了external potentail是密度的唯一泛函,多电子体系的
基态也是电子密度的唯一泛函.因此,对于多电子体系非简态基态而言有一基态电子密度相
对应,正是这个基态电子密度也决定了体系的基态的其它性质,寻找基态的电子密度同样利
用变分方法.有关这个定理的内容可以参考其它资料.
在此定理的基础上,Kohn and Sham引入了"无相互作用参考系统"的概念,这个思想和传
统的从头算不同,我们推导的HF方程是建立在真实的系统基础上的,而无相互作用参考系统
是不存在的,只是KS为计算真实体系的设立的一个参照系统,它和真实系统的联系就在于有
相同的电子密度.因此,我们也可以看出,DFT能获Nobel Prize也是完全在于它是一个全新的
创造性的思想.这个无相互作用系统中,粒子间无相互作用,它的哈密顿算符就只有两项,动
能算符和势能算符,这个形式和HF方法的形式比起来就简单多了,同HF方程一样,根据单电子
近似也得到了KS单电子算符.接下来就是将这个参照系统同真实系统联系起来.HF方法完全
忽略了相关能的计算,在DFT中,这部分能量考虑了进去,因此从原理上讲,Kohn-Sham方法是
严格的,未作任何近似,但是同交换相关能相联系的交换相关势的形式却是无法确定的,因此
DFT的中心问题更是寻找更好的泛函形式

[ 发自小木虫客户端 ]
2楼2015-06-24 13:44:55
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j346281142

银虫 (初入文坛)

引用回帖:
2楼: Originally posted by dandelion90 at 2015-06-24 13:44:55
密度泛涵理论最初来源于对下面这个问题的考虑:在量子化学从头算中,对于一个N电子体
系,N电子波函数依赖于3N个空间变量及N个自旋变量共4N个变量,我们是否能其它相对简单
的变量来替换这4N个变量以达到简化计算的 ...

我看的不是特别懂,但是能不能直接告诉我可不可以用那些软件计算混合晶型的二氧化钛的能带结构,谢谢
3楼2015-06-26 10:26:28
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