半局域交换穴及其在距离分离密度泛函中的应用

交换相关穴是密度泛函理论中的一个核心概念。它不仅为交换相关能量泛函提供了理论依据，还作为非局域距离分离密度泛函中的局域成分发挥作用。然而，由于非局域性质，对传统精确交换穴进行建模对密度泛函理论提出了巨大挑战。在本工作中，我们提出了一个作为 Tao-Perdew-Staroverov-Scuseria (TPSS) meta-GGA 泛函基础的半局域交换穴。在电子与其周围穴间距较小时，本模型不同于以往模型。在快速变化的等轨道密度与缓慢变化的密度之间进行插值的方式上，本模型也有所不同，该插值由基于胶体表面精确可解无限势垒模型的波矢分析确定。我们的数值测试表明，对于原子，由该模型生成的交换穴能很好地模拟传统精确交换穴。最后，作为一个简单应用，我们将该交换穴模型应用于构建基于 TPSS 的距离分离泛函。测试表明，该基于 TPSS 的距离分离泛函能显著改善 TPSS 的带隙和势垒高度，同时不会显著降低分子原子化能的精度。