密度泛函理论
密度泛函理论将多电子问题从波函数形式重新表述为电子密度形式，在准确性和计算成本之间取得了有利的平衡，使其成为现代计算化学的主力方法。
用 PaperMind 寻找选题即将推出Find papers & topics
Tools & resources
Learn & explore
视频即将推出
Definition
量子力学的一种重新表述，其中多电子体系的基态能量和所有性质都是三维电子密度的泛函。
Scope
涵盖了确立密度作为基本变量的Hohenberg-Kohn定理、通过辅助轨道恢复大部分动能的Kohn-Sham方案、交换关联泛函的层次结构，以及用于激发态的时变扩展。它与基于波函数的电子结构方法（属于单独领域）有所区别。
Sub-topics
Core questions
- 为什么电子密度而非波函数可以决定所有基态性质？
- Kohn-Sham构造如何使密度泛函理论变得实用？
- 有哪些可用的未知交换关联泛函近似，它们之间有何比较？
- 在基于密度框架内如何处理电子激发？
Key theories
- Hohenberg-Kohn定理
- 基态电子密度唯一确定外部势，从而确定所有性质，并且密度的普适能量泛函在真实的基态密度处取最小值。
- Kohn-Sham方案
- 引入一个虚构的非相互作用轨道系统，该系统能重现真实的密度，因此只需近似处理相对较小的交换关联贡献。
Clinical relevance
由于密度泛函理论能以与Hartree-Fock方法大致相当的成本捕获大部分电子关联，因此它成为大型分子、表面、催化剂和材料的默认方法，主导了化学和凝聚态科学领域的实际应用。
History
密度泛函理论由1964年的Hohenberg-Kohn定理和1965年的Kohn-Sham方程奠定基础，但在1980年代末和1990年代初梯度校正和杂化泛函的发展带来化学精度之前，它一直处于小众地位；Kohn因该理论于1998年获得诺贝尔化学奖。
Debates
- 交换关联泛函的选择和可靠性
- 由于精确的泛函是未知的，结果取决于所选择的近似，并且关于更新的、参数化程度更高的泛函是否真正提高了精度或仅仅拟合了基准集，存在持续的争论。
Key figures
- Walter Kohn
- Pierre Hohenberg
- Lu Jeu Sham
- Axel Becke
Related topics
Seminal works
- hohenberg1964
- kohn1965
Frequently asked questions
- 密度泛函理论是ab initio方法吗？
- 它在形式上是精确的，在基础上是第一性原理的，但实际上交换关联泛函必须进行近似，并且许多泛函包含经验参数，因此它处于中间地带。
- 为什么DFT被如此广泛使用？
- 它以与Hartree-Fock方法相当的成本捕获了大部分电子关联，从而能够准确处理对于高级关联波函数方法来说过于庞大的体系。