密度汎関数法の新しい自己相互作用補正法の開発と高速計算ソフトウェアの構築

密度泛函理论自相互作用修正新方法开发及高速计算软件构建

• 批准号: 12740312
• 负责人: 常田 貴夫
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12740312/
• 关键词: 密度汎関数法; 自己相互作用誤差; 領域的自己相互作用補正法; 交換自己相互作用; van der Waals結合; 長距離交換相互作用補正法; van der Waals密度汎関数; 希ガス二量体の解離ポテンシャル; DFT交換汎関数; 運動,交換,相関汎関数の横断的関係; DFT高速計算ソフトウェア; 遷移金属二量体

平成13年度、密度汎関数法(DFT)における交換汎関数の自己相互作用誤差(SIE)を取り除く新しい方法を提案した。自己相互作用に支配された空間領域を見つけ出し、その領域の交換自己相互作用エネルギーのみ補完する領域的自己相互作用補正法である。この方法では、全運動エネルギー密度τ_σ^<total>が自己相互作用する電子に対してWeizsaecker運動エネルギー密度τ_σ^wを与えることを利用し、τ_σ^<total>がτ_σ^wに近づく領域を自己相互作用領域とする。交換自己相互作用エネルギーについては、分子内で自己相互作用する電子が水素様原子軌道のように振舞うことを利用し、このような電子に対して厳密な交換エネルギーで補正する。現在、この自己相互作用補正法のプログラムを開発中であり、完成し次第、従来のDFTでは過小評価される様々な化学反応系の反応障壁の計算に適用する予定である。さらに、昨年度開発した長距離電子間交換相互作用補正(LRC)法を利用して、DFTにもとづくvan der Waals(vdW)結合の定量的計算法を本年度開発した。SIEは長距離交換相互作用の記述に大きく影響する。LRC法は、誤差関数による二電子間相互作用1/r_<12>の電子間距離r12による分割にもとづき、交換汎関数の長距離部分をHartree-Fock交換積分で補正する方法である。本研究者は、vdW結合が電子間のvdW相互作用と長距離交換相互作用とのバランスにより形成されていると考え、vdW密度汎関数をLRC法と組み合わせることにより、DFTによるvdW結合の定量的記述を試みた。この方法を希ガス二量体の解離ポテンシャルに適用した結果、従来のvan der Waals補正法と比較して、van der Waals結合ポテンシャルの再現性が飛躍的に向上したことから、vdW結合の記述には長距離交換相互作用が重要であることが確かめられた。この方法は、昨年度開発したDFT高速計算ソフトウェアにすでに搭載済みである。

2001年，我们在密度泛函理论（DFT）中提出了一种消除交换泛函自相互作用误差（SIE）的新方法。这是一种区域自相互作用校正方法，它找到一个以自相互作用为主的空间区域，并仅补充该区域中交换的自相互作用能量。该方法利用总动能密度τ_σ^<total>将Weizsaecker动能密度τ_σ^w赋予自相互作用电子，并且τ_σ^<total>接近τ_σ^w的区域是相互作用区域。关于交换自相互作用能，我们利用分子内自相互作用的电子的行为类似于氢原子轨道的事实，并用严格的交换能来校正此类电子。我们目前正在开发这种自相互作用校正方法的程序，一旦完成，我们计划将其应用于传统 DFT 低估的各种化学反应系统中的反应势垒的计算。此外，今年我们利用去年开发的长程电子交换相互作用校正（LRC）方法，开发了基于DFT的范德华（vdW）耦合定量计算方法。 SIE极大地影响了远距离交换交互的描述。 LRC方法基于使用误差函数将两电子相互作用1/r_<12>除以电子间距离r12，并使用Hartree-Fock交换积分校正交换泛函的长程部分。该研究人员认为，vdW键是由vdW相互作用和电子之间的长程交换相互作用之间的平衡形成的，并通过将vdW密度泛函与LRC方法相结合，尝试通过DFT对vdW键进行定量分析。将此方法应用于稀有气体二聚体的解离势，与传统的范德华校正方法相比，范德华结合势的再现性得到显着提高，这证实了长程交换相互作用是重要的。 。该方法已经安装在去年开发的DFT高速计算软件中。

项目成果

T.Tsuneda,M.Kamiya,N.Morinago,and K.Hirao: "A transversing connection between density functionals"J.Chem.Phys.. (発表予定)(印刷中).

T. Tsuneda、M. Kamiya、N. Morinago 和 K. Hirao：“密度泛函之间的横向联系”J.Chem.Phys..（待提交）（印刷中）。

S.Yanagisawa,T.Nakajima,T.Tsuneda,and K.Hirao: "The Relativistic Effect on Energies of Light Elements : A RESC-BOP Study"J.Mol.Struct. (Theochem). (発表予定)(印刷中).

S.Yanagisawa、T.Nakajima、T.Tsuneda 和 K.Hirao：“轻元素能量的相对论效应：RESC-BOP 研究”J.Mol.Struct（Theochem）。

T.Tshuneda, K.Hirao: "A transversing physical connection between kinetic, exchange, and correlation functionals"In "REVIEWS IN MODERN QUANTUM CHEMISTRY : A CELEBRATION OF THE CONTRIBUTIONS OF R. G. PARR". (2002)

T.Tshuneda、K.Hirao：“动力学、交换和相关泛函之间的横向物理联系”，载于“现代量子化学评论：庆祝 R. G. PARR 的贡献”。

T.Tsuneda & K.Hirao: "Parameter-free exchange functional"Phys.Rev.B. 62. 15527-15531 (2000)

常田

H.Iikura, T.Tsuneda, T.Yanai, K.Hirao: "A long-range correction scheme for generalized-gradient approximation exchange functionals"The Journal of Chemical Physics. 115. 3540-3544 (2001)

H.Iikura、T.Tsuneda、T.Yanai、K.Hirao：“广义梯度近似交换泛函的远程校正方案”化学物理杂志。