对含重元素体系的接合二分量-标量相对论密度泛函计算方法

在相对论密度泛函 ZORA方法的基础上 ,提出一种用于含重元素体系的接合二分量 -标量相对论密度泛函计算方法 .对于只含少数几个重元素的较大体系 ,仅对其中旋轨耦合作用强的重元素作二分量相对论计算 ,而对体系的其余部分则作标量相对论计算 ,通过对动能矩阵元的近似处理实现两种计算的接合 .对一系列含 6p区重元素分子进行计算的结果表明 ,当非重元素是第三周期以前的元素时 ,此方法与二分量 ZO-RA方法的计算结果吻合得很好 .当非重元素为第四周期元素时 ,计算结果有一定偏差 ,表明在后一种情况下旋轨耦合作用已比较显著 ,但误差仍在目前近似密度泛函计算的精度范围内 .此方法可以有效地节省计算量 ,而且避免了

含重元素大体系的分区密度泛函计算

将分区计算方法推广应用于含过渡金属或重主族金属元素大体系的非相对论、标量相对论和二分量相对论密度泛函计算. 将大体系划分为若干分区, 每个分区视为相对独立的量子力学子体系. 计及各子体系之间势场的作用和Pauli排斥, 对各子体系分别求解Kohn-Sham方程: () ,,,KKKKKKPKABC+==FFCSCL 式中,,,KKKKFCS分别为子体系K的Fock矩阵、轨道系数矩阵、基组重叠矩阵和本征值矩阵, KpF反映不同子体系的电子之间的Pauli排斥作用. FK可以是非相对论、标量相对论或者二分量相对论的Fock矩阵, 由计算中采用的密度泛函理论方法决定, 其他矩阵与矩阵FK相匹配. 汇总各子体系的计算结果给出整个体系的电子结构信息. 对几个含过渡金属镍和重主族金属元素铊和铋的化合物进行了整体和分区计算, 比较两种计算的结果, 考察分区计算方法的可行性. 结果表明, 只要子体系计算的基组足够大, 分区与整体计算结果的精度实际上是相同的. 采用适当的比较小的子体系计算基组, 分区算法结果的精度就可以达到现有近似能量密度泛函实际具有的精度. 因此, 分区算法可用于含重元素大体系的高精度非相对论、标量相对论和二分量相对论的密度泛函计算.

几种交换能密度泛函的数值检验

通过对原子和分子体系的密度泛函计算检验了LDA、B88、BR89、B2 0 0 0、VSX和作者提出的CPX等 6种交换能密度泛函的精度。非定域校正使原子的交换能计算值有很大改善 ,其中用B88和CPX泛函的计算结果最好。对于只含轻元素的分子 ,除LDA泛函以外 ,用其他泛函计算的原子化能都比较好 ,接近或者稍微超过MP2方法的计算精度。对于含重元素的分子 ,原子化能的计算误差显著增大 ,B88、CPX和BR89泛函给出的结果比较好一些 ;VSX泛函的精度还不如不加梯度校正的LDA泛函。非定域校正并不改善第一电离势的计算结果。VSXC泛函虽然用于只含轻元素分子的计算比较成功 ,用于含重元素体系计算效果很差。作者提出的CPX泛函的表现还比较好 ,通过仔细优选参数 ,有可能发展成为一种对含重元素体系计算精度也较高的交换能密度泛函。