随机相位近似应用于固体、分子和石墨烯-金属界面：从弱到强结合区域

随机相位近似(RPA)作为一种通用且精确的第一性原理总能计算方法正重新引起人们的兴趣。RPA自然地考虑了长程色散力，同时不牺牲短程相互作用的精度，这使得RPA在弱范德瓦尔斯或混合共价-色散相互作用主导的体系中优于半局域和杂化泛函。在这项工作中，我们展示了基于平面波的RPA计算，涵盖了从强共价键到范德瓦尔斯键类型的大量体系。我们的主要结果是石墨烯在Cu(111)、Ni(111)、Co(0001)、Pd(111)、Pt(111)、Ag(111)、Au(111)和Al(111)金属表面上的RPA势能面，这些是金属-有机界面的典型例子。与半局域密度近似和非局域范德瓦尔斯泛函的比较表明，只有RPA同时捕捉了弱共价力和色散力，而这些力对这些体系同等重要。我们通过在GPAW电子结构代码中计算石墨烯和一系列共价键固体与分子的内聚能，以及H$_2$和H$_2^+$的解离曲线，对我们的实现进行了基准测试。这些结果表明，使用局域密度近似轨道的RPA存在离域误差，并系统地低估了共价键能，对于分子和固体分别产生与Perdew-Burke-Ernzerhof(PBE)泛函相似或更低的精度。