PDF-лекции (1127543), страница 12

Файл №1127543 PDF-лекции (PDF-лекции) 12 страницаPDF-лекции (1127543) страница 122019-05-11СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 12)

 îáùåìñëó÷àå äâóì ýòèì ôóíêöèÿì ñîîòâåòñòâóþò ðàçëè÷íûå íàáîðû ïðîñòðàíñòâåííûõ îðáèòàëåé, ïîýòîìó ôóíêöèîíàë êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè îïðåäåëÿåòñÿ ñðàçó äâóìÿ ôóíêöèÿìè(Ts [ρα , ρβ ]) ïóò¼ì ìèíèìèçàöèè h ΨD | T |ΨD i ïðè çàäàííûõ ρ = ρα + ρβ , N = N α + N β(îáùèé ñïèí â ïðèíöèïå ìîæåò âàðüèðîâàòüñÿ). Òàêèì îáðàçîì, â ñïèí-ïîëÿðèçîâàííîìñëó÷àå çàäà÷à ñâîäèòñÿ ê ìèíèìèçàöèè ôóíêöèîíàëàZα βα βE[ρ , ρ ] = Ts [ρ , ρ ] + (ρα (r) + ρβ (r))V (r)d r +J[ρα + ρβ ] + Exc [ρα , ρβ ](4.3.12)Rïî N -ïðåäñòàâèìûì ôóíêöèÿì ρα (r), ρβ (r) ïðè óñëîâèè (ρα (r) + ρβ (r))d r = N.

Ââåäåíèåïðèáëèæåíèÿ ëîêàëüíîé ïëîòíîñòè, ïîçâîëÿåò çàäàòüZ Z441βααβα β(ρ ) 3 + (ρ ) 3 d r, Ec [ρ , ρ ] = ρ(r) εc (ρ, ζ)d r,(4.3.13)Ex [ρ , ρ ] = 2 3 Cxρα − ρβãäå ζ = ïàðàìåòð ïîëÿðèçàöèè (îáñóæäåíèå âûáîðà ôóíêöèîíàëà èìåííî â ýòîéρôîðìå îïóñòèì). Ðåøåíèå ñïèí-ïîëÿðèçîâàííîé ýëåêòðîííîé çàäà÷è â ðàìêàõ LDA ïîëó÷èëî íàçâàíèå ïðèáëèæåíèÿ ëîêàëüíîé ñïèíîâîé ïëîòíîñòè (LSDA local spin densityapproximation ).4.4.Óòî÷íåíèå ïðèáëèæåíèÿ ëîêàëüíîé ïëîòíîñòèÎäíèì èç çàìåòíûõ íåäîñòàòêîâ óðàâíåíèé Êîíà-Øýìà ÿâëÿåòñÿ çàâûøåíèå êóëîíîâñêîé ýíåðãèè ýëåêòðîííîãî îòòàëêèâàíèÿ J[ρ], êîòîðàÿ, â îòëè÷èå îò Vee â ìîëåêóëÿðíîìãàìèëüòîíèàíå (ñì.

2.1) âêëþ÷àåò â ñåáÿ îòòàëêèâàíèå ýëåêòðîíà îò ñàìîãî ñåáÿ. Ýòîò ôàêòîáû÷íî íå îáðàùàåò íà ñåáÿ âíèìàíèå, îäíàêî õîðîøî çàìåòåí ïðè ðàññìîòðåíèè îäíîãîýëåêòðîíà, îïèñûâàåìîãî âîëíîâîé ôóíêöèåé ϕ(r). Ñîãëàñíî (3.1.18), äëÿ òàêîé ñèñòåìû1 R | ϕ(r1 )|2 | ϕ(r2 )|2d r1 d r2 > 0.ρ(r) = | ϕ(r)|2 , è Vee [| ϕ(r)|2 ] = 0, îäíàêî J[| ϕ(r)|2 ] =2| r1 − r2 | îáùåì, ñïèí-ïîëÿðèçîâàííîì ñëó÷àå óñòðàíåíèå âçàèìîäåéñòâèÿ ýëåêòðîíà ñ ñàìèìñîáîé ïðèâîäèò ê òðåáîâàíèþ Vee [ργi , 0] = J[ργi ] + Exc [ργi , 0] = 0, ãäå ργi ïëîòíîñòü ðàñïðåäåëåíèÿ ýëåêòðîíà, çàíèìàþùåãî i-óþ îðáèòàëü, γ = α, β. Êðîìå ýòîãî, â îäíîýëåêòðîííîéñèñòåìå íåâîçìîæíà ýëåêòðîííàÿ êîððåëÿöèÿ, ïîýòîìó ïðèâåä¼ííîå óñëîâèå ðàçáèâàåòñÿíà äâà: J[ργi ] + Ex [ργi , 0] = 0, Ec [ραi , 0] = 0.

Âûïîëíåíèå ýòèõ óñëîâèé ëåãêî äîñòèãàåòñÿ ïðèâûáîðå ôóíêöèîíàëà îáìåííî-êîððåëÿöèîííîé ýíåðãèè â âèäåXSIC α βExc[ρ , ρ ] = Exc [ρα , ρβ ] −(J[ργi ] + Exc [ρσi , 0]),(4.4.1)i,γãäå áóêâû SIC îáîçíà÷àþò ïîïðàâêó (self-interaction correction ). Çàìåòèì, ÷òî ââåäåíèåýòîé ïîïðàâêè îòðàæàåòñÿ ëèøü íà ïðèáëèæ¼ííîé ôîðìå ôóíêöèîíàëà, â òî âðåìÿ êàê äëÿ44òî÷íîãî Exc [ρα , ρβ ] ïîïðàâêà îáðàùàåòñÿ â íîëü. Êðîìå ýòîãî, SIC ïðèâîäèò ê ðàçëè÷íûìîáìåííî-êîððåëÿöèîííûì ïîòåíöèàëàì (è, ñîîòâåòñòâåííî, ðàçëè÷íûì óðàâíåíèÿì ÊîíàØýìà) äëÿ ýëåêòðîíîâ ñ ðàçëè÷íûìè ñïèíîâûìè ôóíêöèÿìè.Òåïåðü îáñóäèì âîçìîæíûå ïðèáëèæåíèÿ äëÿ ôóíêöèîíàëà îáìåííî-êîððåëÿöèîííîéýíåðãèè; äëÿ ýòîãî âåðí¼ìñÿ ê òî÷íîìó âûðàæåíèþ (4.1.4) äëÿ Vee [ρ] è ñâÿæåì äèàãîíàëüíóþ ÷àñòü ìàòðèöû ïëîòíîñòè âòîðîãî ïîðÿäêà ñ ýëåêòðîííîé ïëîòíîñòüþ:1(4.4.2)ρ2 (r1 , r2 ) = ρ(r1 )ρ(r2 )(1 + h(r1 , r2 )),2ãäå h(r1 , r2 ) íàçûâàåòñÿ ïàðíîé êîððåëÿöèîííîé ôóíêöèåé.

Çàìåòèì, ÷òî íåïîñðåäñòâåííîèç îïðåäåëåíèÿ ìàòðèö ïëîòíîñòè ïåðâîãî è âòîðîãî ïîðÿäêîâ (2.5.1), (2.5.2) ñëåäóåòZ20(4.4.3)ρ1 (r1 , r1 ) =ρ2 (r01 , r2 ; r1 , r2 )d r2 ,N −1òî åñòü, â ÷àñòíîñòè,Z2ρ(r1 ) =ρ2 (r1 , r2 )d r2 .(4.4.4)N −1Ïîäñòàâëÿÿ â ýòî ñîîòíîøåíèå (4.4.2), ïîëó÷èìZZN −1Nρ(r1 )ρ(r1 ) = ρ(r1 ) +ρ(r2 )h(r1 , r2 )d r2 ⇒ ρ(r2 )h(r1 , r2 )d r2 = −1.(4.4.5)222Ïîäèíòåãðàëüíóþ ôóíêöèþ ρxc (r1 , r2 ) = ρ(r2 )h(r1 , r2 ) ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê ïëîòíîñòüðàñïðåäåëåíèÿ îáìåííî-êîððåëÿöèîííîéR äûðêè ýëåêòðîíà, íàõîäÿùåãîñÿ â òî÷êå r1 (íàçâàíèå "äûðêà" ñâÿçàíî ñ íîðìèðîâêîé ρxc (r1 , r2 )d r2 = −1, ñîîòâåòñòâóþùåé ïîëîæèòåëüíîìó çàðÿäó).

(4.4.2) ïîçâîëÿåò ïåðåïèñàòü (4.1.4) â âèäåZZ1ρ(r1 )ρ2 (r1 , r2 )d r1 d r2 = J[ρ] +ρxc (r1 , r2 )d r1 d r2 .(4.4.6)Vee [ρ] =| r1 − r2 |2| r1 − r2 |Òåïåðü âûðàçèì Exc [ρ] ÷åðåç ρxc ; äëÿ ýòîãî, èñïîëüçóÿ îáîçíà÷åíèÿ 4.1, ââåä¼ìFλ [ρ] = min h Ψ|(T +λVee )|Ψ i = h Ψρλ |(T +λVee )|Ψλρ i .Ψ→ρ(4.4.7) ñîîòâåòñòâèè ñ (4.3.8) è (4.1.5) F0 [ρ] = Ts [ρ], F1 [ρ] = T [ρ] + Vee [ρ]; çíà÷èò, (4.3.3) ìîæíîçàïèñàòü â âèäåZ1Exc [ρ] = Vee [ρ] − J[ρ] + T [ρ] − Ts [ρ] = F1 [ρ] − F0 [ρ] − J[ρ] =∂ Fλ [ρ]dλ − J[ρ].∂λ(4.4.8)0∂ Fλ [ρ]; çàìåòèì, ÷òî Ψλρ ìèíèìèçèðóåò ýíåðãèþ, ñîîò∂λâåòñòâóþùóþ ãàìèëüòîíèàíó Hλ = T +λVee , à ïîòîìó (ñîãëàñíî âàðèàöèîííîìó ïðèíöèïó)ÿâëÿåòñÿ åãî ñîáñòâåííîéôóíêöèåé:Hλ |Ψλρ i = Eλ |Ψλρ i .

Ïî òåîðåìå Ãåëüìàíà-Ôåéíìàíà ∂ Hλ λ∂ Eλ Ψρ i = h Ψλρ |Vee |Ψλρ i, íî Eλ = h Ψλρ |(T +λVee )|Ψλρ i = Fλ [ρ], ïîýòî(ñì. 2.6)= h Ψλρ ∂λ∂λ ∂ Fλ [ρ]ìó= h Ψλρ |Vee |Ψλρ i . Òàêèì îáðàçîì,∂λZZZ1ρ¯2 (r1 , r2 )λλExc [ρ] = h Ψρ |Vee |Ψρ i dλ − J[ρ] =d r1 d r2 −J[ρ] =| r1 − r2 |(4.4.9)0ZZZZ1ρ(r1 )ρ(r2 )1ρ(r1 )ρxc (r1 , r2 )d r1 d r2 ,=h̄(r1 , r2 )d r1 d r2 =2| r1 − r2 |2| r1 − r2 |Îñòà¼òñÿ îïðåäåëèòü ïðîèçâîäíóþ45ãäå ïî àíàëîãèè ñ (4.4.6) ââåäåíû óñðåäí¼ííàÿ ïî λ ïàðíàÿ êîððåëÿöèîííàÿ ôóíêöèÿh̄(r1 , r2 ) è ïëîòíîñòü ðàñïðåäåëåíèÿ îáìåííî-êîððåëÿöèîííîé äûðêè ρxc (r1 , r2 ) (h̄(r1 , r2 )çàäàíà óñëîâèåìZ11ρλ2 (r1 , r2 )dλ = ρ(r1 )ρ(r2 )(1 + h̄(r1 , r2 )),(4.4.10)20ãäå äèàãîíàëüíàÿ ÷àñòü ìàòðèöû ïëîòíîñòè âòîðîãî ïîðÿäêà, îïðåäåë¼ííîé ïîâîëíîâîé ôóíêöèè Ψλρ , à ρxc (r1 , r2 ) = ρ(r2 )h̄(r1 , r2 )).

Îòìåòèì, ÷òî äëÿ ρxc ñîõðàíÿåòñÿRóñëîâèå íîðìèðîâêè ρxc (r1 , r2 )d r2 = −1.Íàêîíåö, ïðåäñòàâèì Exc [ρ] â âèäåZZ1ρxc (r, r0 ) 0−1−1Exc [ρ] = −dr(4.4.11)ρ(r)Rxc (r, [ρ(r)])d r, Rxc (r, [ρ(r)]) = −2| r − r0 |ρλ2 (r1 , r2 )(äëÿ îáùíîñòè çàïèñè ââåäåíû r = r1 , r0 = r2 ; Rxc ÿâëÿåòñÿ ôóíêöèåé òîëüêî ïåðåìåííîé r,à çàïèñü [ρ(r)] â êà÷åñòâå âòîðîãî àðãóìåíòà "íàïîìèíàåò", ÷òî Rxc îïðåäåëÿåòñÿ ýëåêòðîííîé ïëîòíîñòüþ ρ(r)). Ââåäåíèå ôóíêöèè Rxc ïîçâîëÿåò, â ÷àñòíîñòè, ñâÿçàòü ïëîòíîñòüîáìåííî-êîððåëÿöèîííîé ýíåðãèè εxc (r) (ñì.

4.3) ñ ρxc ÷åðåç ñîîòíîøåíèå1 −1(r, [ρ(r)]).(4.4.12)εxc (ρ(r)) = − Rxc2 ïðèíöèïå, ïðåäñòàâëåíèå ðàçëè÷íûõ îáìåííî-êîððåëÿöèîííûõ ïàðàìåòðîâ ÷åðåç ρxc îêàçûâàåòñÿ êðàéíå óäîáíûì äëÿ àíàëèçà òî÷íîñòè è ãðàíèö ïðèìåíèìîñòè îöåíîê Exc [ρ].Êðîìå ýòîãî Rxc (r, [ρ(r)]) ìîæåò áûòü ïðåäñòàâëåíà â âèäå ðàçëîæåíèÿ ïî ñòåïåíÿì ãðàäèåíòà ρ.Ðàçëîæèì ρ(r) â ðÿä Òåéëîðà â òî÷êå íà÷àëà êîîðäèíàò:1ρ(r) = ρ(0) + (r, ∇ρ|r=0 ) + (∇ρ|r=0 )2 r2 + . . . ,2(4.4.13)òîãäà Rxc (r, [ρ(r)]) ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê ôóíêöèþ ∇ρ|r=0 èëè, â áîëåå îáùåì ñëó÷àå,ïðîñòî ∇ρ, ÷òî ïîçâîëÿåò ââåñòè ðàçëîæåíèå ïî ñòåïåíÿì ãðàäèåíòà−1Rxc(r) = F0 (ρ(r)) + F21 (ρ(r))∇2 ρ + F22 (ρ(r))(∇ρ)2 + .

. .(4.4.14) íå÷¼òíûå ñòåïåíè îòñóòñòâóþò, ïîñêîëüêó Rxc ÿâëÿåòñÿ ñêàëÿðíîé âåëè÷èíîé. Ïîäñòàíîâêà (4.4.14) â (4.4.11) ïîçâîëÿåò ïðåäñòàâèòü Exc [ρ] â âèäå ñóììû(0)(1)(2)Exc [ρ] = Exc[ρ] + Exc[ρ] + Exc[ρ] + . . . ,(4.4.15)ãäå ñëàãàåìûå èìåþò âèä(0)Exc(1)Exc=(2)ExcZZ=ZLDAρ(r) ε(ρ(r))d r = Exc,(4.4.16)GGAρ(r)f (1) (ρ(r), |∇ρ(r)|)d r = Exc,(4.4.17)ρ(r)f (2) (ρ(r), |∇ρ(r)|, ∇2 ρ(r))d r .(4.4.18)=Èòàê, äëÿ âûõîäà çà ïðåäåëû LDA äîñòàòî÷íî èñêàòü â ïðèáëèæ¼ííîé ôîðìå ôóíêöèþðàñïðåäåëåíèÿ îáìåííî-êîððåëÿöèîííîé ýíåðãèè ïî ýëåêòðîííîé ïëîòíîñòè è ìîäóëþ å¼ãðàäèåíòà; ïðè íåîáõîäèìîñòè äîñòèæåíèÿ áîëåå âûñîêîé òî÷íîñòè ìîæíî ïðèâëåêàòü ñëàãàåìûå áîëåå âûñîêèõ ïîðÿäêîâ.

Ïîäîáíûé ïîäõîä ïîëó÷èë íàçâàíèå îáîáù¼ííîãî ãðàäèåíòíîãî ïðèáëèæåíèÿ (GGA generalized gradient approximation) ; èìåííî îí èñïîëüçóåòñÿâ íàñòîÿùåå âðåìÿ äëÿ ïîâûøåíèÿ òî÷íîñòè ðàñ÷¼òîâ ìåòîäîì DFT.465.5.1.Ñèììåòðèÿ â êâàíòîâîé õèìèèÑèììåòðèÿ óðàâíåíèÿ Øðåäèíãåðàâ êâàíòîâîé õèìèè îïåðàöèÿìè ñèììåòðèè íàçûâàþòñÿ ëþáûå íåâûðîæäåííûå ïðåîáðàçîâàíèÿ ïåðåìåííûõ, îòíîñèòåëüíî êîòîðûõ èíâàðèàíòíî óðàâíåíèåØðåäèíãåðà ðàññìàòðèâàåìîé ñèñòåìû. Ê òàêèì îïåðàöèÿì îòíîñÿòñÿ ïåðåñòàíîâêè ïåðåìåííûõ òîæäåñòâåííûõ ÷àñòèö, îïåðàöèè òî÷å÷íîé ñèììåòðèè (ñì. 5.2), òðàíñëÿöèè,ïðåîáðàçîâàíèå âðåìåíè (â íåðåëÿòèâèñòñêîì ñëó÷àå).

Íèæå áóäóò ðàññìîòðåíû ëèøü òåâèäû ñèììåòðèè óðàâíåíèÿ Øðåäèíãåðà, êîòîðûå ñóùåñòâåííû äëÿ ðåøåíèÿ ñòàöèîíàðíûõ çàäà÷ â ìîëåêóëÿðíûõ ñèñòåìàõ, ïåðåñòàíîâêà ïåðåìåííûõ è òî÷å÷íàÿ ñèììåòðèÿ.Çàìå÷àíèå: îïåðàöèè ñèììåòðèè óðàâíåíèÿ Øðåäèíãåðà îáðàçóþò ãðóïïó, íàçûâàåìóþ ãðóïïîé ñèììåòðèè óðàâíåíèÿ Øðåäèíãåðà (åñòåñòâåííîå çàäàíèå ïðîèçâåäåíèÿ îïåðàöèé ñèììåòðèè êàê ðåçóëüòàòà ïîñëåäîâàòåëüíîãî ïðèìåíåíèÿ ýòèõ îïåðàöèé ïðèâîäèòê î÷åâèäíîìó âûïîëíåíèþ (1.1.1) − (1.1.3)).Çàìå÷àíèå: ïóñòü G ãðóïïà ñèììåòðèè óðàâíåíèÿ Øðåäèíãåðà; D å¼ ëèíåéíîåïðåäñòàâëåíèå â ãèëüáåðòîâîì ïðîñòðàíñòâå L2 ; òîãäà D H = H D, à ñîáñòâåííûå ôóíêöèèH ïðåîáðàçóþòñÿ D â ñîáñòâåííûå ôóíêöèè H ñ òåìè æå ñîáñòâåííûìè çíà÷åíèÿìè.4 Äëÿ ïðîèçâîëüíîé ψ ñîáñòâåííîé ôóíêöèè HÎïðåäåëåíèå:H ψ = Eψ ⇒ ∀ g ∈ G D(g) H ψ = E · D(g)ψ;ñ äðóãîé ñòîðîíû, ñòàöèîíàðíîå óðàâíåíèå Øðåäèíãåðà èíâàðèàíòíî îòíîñèòåëüíî D(g),òî åñòüH(D(g)ψ) = E · D(g)ψ = D(g) H ψ ⇒ H D(g) = D(g) H,à D(g)ψ ÿâëÿåòñÿ ñîáñòâåííîé ôóíêöèåé H ñ ñîáñòâåííûì çíà÷åíèåì E.

Характеристики

Тип файла
PDF-файл
Размер
492,96 Kb
Материал
Тип материала
Высшее учебное заведение

Список файлов лекций

Свежие статьи
Популярно сейчас
Почему делать на заказ в разы дороже, чем купить готовую учебную работу на СтудИзбе? Наши учебные работы продаются каждый год, тогда как большинство заказов выполняются с нуля. Найдите подходящий учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6485
Авторов
на СтудИзбе
303
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее