密度矩阵泛函理论及其计算方法

随着密度泛函理论的普及,发明人Kohn于1998年获得诺贝尔化学奖.在密度泛函理论中,轨道占有数只取1或者0.Gilbert于1975年提出密度矩阵泛函理论,在这一理论方法中,轨道占有数除了1和0之外,还可以取0至1之间的分数.从形式上看,这一理论推广了密度泛函理论.然而,Gilbert发现当占有数为分数时,轨道能级都是简并的,这与实验观察到的能级结构不符.因为能级简并,无法像密度泛函理论那样获得真正的轨道的本征值方程,计算只能依靠非线性优化方法,计算效率很低.这个近半个世纪的难题,最近被我们攻克.我们用信息熵函数提取密度矩阵泛函理论的关联能,由此获得轨道的自洽场本征值方程,实现密度矩阵泛函理论方法的高效计算.

氢分子间色散相互作用能的自然轨道泛函

理论上对分子间色散相互作用能的精确计算一直是个难点问题.密度矩阵泛函基于非定域量一阶密度矩阵为基本变量,它与色散相互作用起源于电子间的非定域关联特性相吻合.论文以最简单的氢分子为研究对象,通过分析两相互平行的氢分子间色散相互作用能,构造出了该体系中色散相互作用能的自然轨道泛函.结果表明:描述该体系中色散相互作用能的自然轨道泛函形式为包含有4个轨道的非交换和库伦积分.该结果对发展色散相互作用能的密度矩阵泛函理论具有重要的参考价值.