基于密度矩阵嵌入理论的多配置量子化学方法用于镱单离子磁体
化学物理
2025-03-04 v1
摘要
准确且高效地基于初步电子结构理论对镱系统进行描述 remains highly challenging due to 4f 电子中强电子关联与显著相对论效应的复杂相互作用。复合多配置量子化学方法，将完整活性空间自洽场（CASSCF）方法与随后对自旋轨道耦合（SOC）的状态相互作用（SI）处理相结合，简称为 CASSI-SO，已成为镱系统初步研究的首选方法。然而，其广泛应用受到巨大的计算成本限制。基于我们之前对 3d 单离子磁体（SIM）的理论研究（Ai、Sun、Jiang，J. Phys. Chem. Lett. 2022, 13, 10627）中的 DMET 与 CASSI-SO 集成成功经验，我们现将 DMET+CASSI-SO 方法扩展至镱 SIM 系统。我们详细阐述了正则化直接迭代子空间（R-DIIS）算法的形式化，该算法确保获得物理上正确的受限开壳素-哈特里夫（ROHF）波函数，这是 DMET 有效性的关键因素。此外，我们引入了子空间 R-DIIS（sR-DIIS）算法，证明其在镱系统中更高效更稳健。以若干典型镱单离子磁体（4f-SIM）为测试案例，我们展示了这些新算法的性能，并突出了 DMET+CASSI-SO 方法的卓越准确性。我们预计，这一增强型 DMET+CASSI-SO 方法将显著推动复杂镱系统的大规模理论研究。
引用
@article{arxiv.2503.00487,
title = {Density Matrix Embedding Theory-Based Multi-Configurational Quantum Chemistry Approach to Lanthanide Single-Ion Magnets},
author = {Yuhang Ai and Ze-Wei Li and Zhe-Bin Guan and Hong Jiang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.00487},
year = {2025}
}