密度泛函平均原子模型的第一性原理推导与性质
材料科学
2022-12-07 v4 化学物理
等离子体物理
摘要
有限温度 Kohn–Sham 密度泛函理论（KS-DFT）是温稠密物质（WDM）模拟与诊断中广泛使用的方法。遗憾的是，完整 KS-DFT 分子动力学模型随温度扩展性不佳，且现有近似交换关联（XC）泛函在 WDM 条件下的表现仍存在不确定性。尤其令人担忧的是 XC 泛函对温度的显式依赖，而大多数近似中缺失该依赖。平均原子（AA）模型显著降低了 KS-DFT 计算的计算成本，因此已成为 WDM 建模不可或缺的一部分。本文中，我们从完全相互作用的多体哈密顿量出发推导第一性原理 AA 模型，仔细分析该简化中所做假设与忽略的项。我们探究该模型中不同选择（如边界条件与 XC 泛函）对 WDM 中常见性质的影响，例如状态方程数据、电离度与前沿能级行为。此外，借助基态 KS-DFT 的见解，我们讨论 KS-AA 模型中可能的误差来源及缓解此类误差的可能策略。
引用
@article{arxiv.2103.09928,
title = {First-principles derivation and properties of density-functional average-atom models},
author = {Timothy J. Callow and Stephanie B. Hansen and Eli Kraisler and Attila Cangi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2103.09928},
year = {2022}
}
备注
To be published in Physical Review Research. 29 pages, 15 figures. Derivation of Hamiltonian clarified since v3 and added appendix B on computation of free energy