温稠密物质动力学结构因子的含时无轨道与混合随机-确定性密度泛函理论计算
等离子体物理
2024-11-05 v2 材料科学
计算物理
摘要
我们首次利用含时无轨道密度泛函理论和混合随机-确定性Kohn-Sham含时密度泛函理论计算了温稠密物质非弹性部分的动力学结构因子。温稠密物质是存在于行星内核和激光驱动实验中的中间相物质，其动力学结构因子的精确计算对于解释X射线汤姆孙散射测量至关重要。传统的含时密度泛函理论方法虽然高度精确，但计算成本高昂，这促使我们探索含时无轨道密度泛函理论和混合含时Kohn-Sham密度泛函理论作为更高效的替代方案。我们将这些方法应用于实验测量的温稠密物质系统，包括固体密度铝和铍、压缩铍以及碳氢混合物。我们的结果表明，含时无轨道密度泛函理论需要动态动能势才能定性捕捉等离子体激元响应。此外，在不包含动态动能势的情况下，它在捕捉束缚电子贡献和精确模拟等离子体激元动力学方面存在困难。相比之下，混合含时Kohn-Sham密度泛函理论在区分束缚和自由电子效应方面提供了更高的精度，与实验数据吻合良好，尽管计算成本更高。本研究强调了计算效率与精度之间的权衡，表明含时无轨道密度泛函理论仍然是快速扫描参数空间的宝贵工具，而高保真模拟则应优先选择混合含时Kohn-Sham密度泛函理论。我们的发现为温稠密物质密度泛函理论方法的未来发展提供了见解，并提出了含时无轨道密度泛函理论的潜在改进方向。
引用
@article{arxiv.2410.23599,
title = {Dynamical structure factors of Warm Dense Matter from Time-Dependent Orbital-Free and Mixed-Stochastic-Deterministic Density Functional Theory},
author = {Alexander J. White},
journal= {arXiv preprint arXiv:2410.23599},
year = {2024}
}