基于粘性矩阵惩罚的高斯基下开放壳分子与凝聚相系统稳定、快速且准确的 Kohn-Sham 反演
化学物理
2026-03-24 v1 计算物理
摘要
本文提出了一种基于密度矩阵的 KS 反演方法，完全基于高斯基表示，用于优化再现目标电子密度的 KS 势矩阵。逆 Kohn-Sham(KS)密度泛函理论(DFT)旨在确定再现目标电子密度的有效局部 KS 势，对于电子结构分析以及面向轨道基方法开发具有重要意义。然而，在有限高斯基实现中，传统的逆 KS-DFT 方法如赫兹-摩尔森-帕克 (ZMP) 方法常常变得受限且效率低下，因为实空间惩罚势投射到有限个高斯基矩阵元上，可能显著粗化其空间变化。在本方法中，密度矩阵失配在 Lowdin 正交化基中定义，这导致该基下的惩罚能对该基中的单位旋转保持不变。相应的惩罚势贡献对 KS 哈密顿量的推导是以原始非正交高斯基形式解析给出的。在广泛的惩罚强度范围内，自洽场(SCF)优化对各种开放壳系统保持稳健且高效，逐步紧固惩罚使电子密度与目标密度达到精确一致。基准测试表明，该方法在可达密度偏差方面显著优于传统 ZMP 方法。该方法为有限高斯基集中的 KS 反演提供了快速而准确的途径，亦对未来面向轨道的纠正方案具有潜在价值。
关键词
引用
@article{arxiv.2603.22140,
title = {Stable, Fast, and Accurate Kohn-Sham Inversion in Gaussian Basis for Open Shell Molecular and Condensed Phase Systems via Density Matrix Penalization},
author = {Ziwei Chai and Sandra Luber},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.22140},
year = {2026}
}