Wavevector analysis of the jellium exchange-correlation surface energy in the random-phase approximation: detailed support for nonempirical density functionals
我们报告的第一个三维波矢分析的jeldom交换相关（xc）表面能的随机相位近似（RPA）。RPA精确地描述了长程xc效应，这对于半局部近似是具有挑战性的，因为它包括由Langreth和Perdew导出的通用小波矢行为。我们使用这些严格的RPA计算jelvis板测试RPA版本的非经验半局部密度泛函近似的xc能量。局域自旋密度近似（LSDA）显示取消错误的小和中间波矢区域。PBE GGA改进了对中间波矢的分析，但对于小波矢仍然太低（意味着太低的jeltaxc表面能）。陶，Perdew，Staroverov和Scuseria的非经验元广义梯度近似（TPSS元GGA）给出了一个现实的波矢量分析，即使是小的波矢量或长程效应。我们还研究了板厚和短程修正RPA的影响。
2006-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Atomic forces from correlation energy functionals based on the adiabatic-connection fluctuation-dissipation theorem
Sorbonne Université（索邦大学）
本文基于绝热连接波动-耗散定理，利用随机相位近似计算原子力，通过自洽优化有效势方法和Hellmann-Feynman定理得到高质量力，RPA在PBE基础上系统改进，结合精确交换核提升精度，为钻石、硅和锗的区心光学声子提供理论参考。
2026-03-18 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Melting Si: beyond density functional theory
立方金刚石相中硅的熔点使用无规相近似（RPA）计算。RPA包括确切的交换以及近似处理的本地以及非本地的电子多体相关效应。我们预测的熔化温度约为1735 K和1640 K没有和核心极化效应，分别。这两个值都在实验熔化温度1687 K的3%以内.相比之下，通常使用的梯度近似密度泛函理论预测的熔点低了200 K，而混合泛函将熔点高估了150 K。我们预测的熔点与立方金刚石和β-锡相的硅之间的能量差，建立这种能量差是一个重要的基准近似泛函的发展。目前的研究结果表明，RPA可以用来预测准确的有限温度性能，并强调了良好的预测性能的RPA凝聚态物质。
2018-09-24 cond-mat.mtrl-sci
Optimized effective potential method and application to static RPA correlation
优化有效势（OEP）方法是密度泛函理论中计算体系基态性质的一种很有前途的方法。然而，它并没有被广泛使用，因为它的计算成本相当高，而且在理论框架中仍然存在一些模糊性。为了克服这些问题，我们首先介绍了一种方法，加速OEP计划在一个静态RPA级相关功能。其次，Krieger-Li-Iafrate（KLI）近似被用来解决OEP方程。虽然看起来太粗糙，这种近似并没有降低描述的准确性的磁性过渡金属（铁，钴，镍）在这里检查，其磁性是相当敏感的相关效应。最后，我们重新制定了OEP方法，使其适用于直接RPA相关功能和其他更精确的功能。重点放在以下三点的讨论：i）在费米面的能级交叉被考虑; ii）本征值的变化在Kohn-Sham功能的正确处理;和iii）由此产生的OEP方程是不同于那些报道的日期。
2016-12-14 cond-mat.mtrl-sci
Accurate Ground State Energies of Solids and Molecules from Time Dependent Density Functional Theory
我们证明了结合绝热联系涨落耗散定理（ACFDT）和含时密度泛函理论（TDDFT）可以得到接近化学精确度的基态能量。关键成分是重整化方案，它消除了任何局部核的相关孔特性的发散。这类新的重整化核给出了一个显着更好的描述短程相关的共价键相比，随机相位近似（RPA），并产生四倍的RPA结合能在分子和固体的改善。我们还考虑了化学反应，分子吸附和石墨烯与金属表面相互作用中的势垒高度的例子，这是RPA成功的三个例子。在这些情况下，重正化内核提供的结果具有相同的质量，甚至略好于RPA，具有类似的计算成本。
2014-05-04 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Introduction to the Fifth-rung Density Functional Approximations: Concept, Formulation, and Applications
广义Kohn-Sham密度泛函理论（KS-DFT）的广泛应用在于可以设计交换相关（XC）能量泛函的近似的分级集合，提供通用的选择以满足不同水平的精度需求。XC泛函位于雅各布阶梯的第五（顶部）横档，包含了未被占据的Kohn-Sham轨道的信息，这样可以无缝地描述较低横档泛函无法捕获的非局域电子相关。基于双杂交近似（DHAs）和随机相位近似（RPA）的方法是在过去二十年中得到积极发展的两类具有代表性的第五阶泛函。在这篇综述中，我们概括了DHAs和RPA的基本概念，从绝热连接涨落耗散理论的角度推导了它们的基本理论公式，并描述了在原子轨道基组框架内基于同一性分辨技术的实现算法。举例说明DHAs和RPA的实际应用，突出这些功能在解决计算材料科学中的挑战性问题的有用性。最新的进展，在这两种类型的泛函的领域进行了简要的讨论。
2023-01-28 cond-mat.mtrl-sci
RPA natural orbitals and their application to post-Hartree-Fock electronic structure methods
本文提出了一种用随机相位近似（RPA）得到的近似自然轨道来近似后Hartree-Fock关联能的方法。我们演示的方法，通过将其应用到氦原子，氢和氟分子，并以金刚石作为一个例子的周期系统。对于这些基准系统，我们表明RPA自然轨道收敛MP2相关能量迅速。此外，我们还计算了He和H $_2$的全组态相互作用能，与文献值和实验值非常吻合。我们的结论是，所提出的方法可以作为一个妥协，以达到良好的近似，以适度的计算成本的相关能量，我们希望该方法是特别有用的表面化学的理论研究提供了一个有效的基础，相关的波函数为基础的方法。
2021-03-18 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Phase Transitions of Zirconia: Machine-Learned Force Fields Beyond Density Functional Theory
我们提出了一种方法来产生机器学习力场（MLFF）与超越密度泛函理论（DFT）的准确性。我们的方法结合了动态主动学习和$Δ$ -机器学习，以便基于随机相位近似（RPA）生成氧化锆的MLFF。具体地，在基于DFT的分子动力学模拟期间实时训练的MLFF由另一个MLFF校正，该另一个MLFF在RPA和DFT计算的能量、力和应力张量之间的差异上训练。由于差异的相对平滑的性质，仅在小单位单元的少量代表性结构上执行昂贵的RPA计算。这些结构是由具有低空间分辨率的核矩阵的奇异值分解秩压缩确定的。这大大降低了计算成本，使我们能够生成一个MLFF完全能够再现高层次的量子力学计算超越DFT。我们仔细验证我们的方法，并证明其成功地研究氧化锆的相变。
2021-09-13 cond-mat.mtrl-sci
Assessment of correlation energies based on the random-phase approximation
基态关联能（RPA）的随机相位近似与精确交换（EX）的结合使Kohn-Sham（KS）密度泛函理论向通用的“通用第一性原理方法”又迈进了一步。为了系统地评估RPA以外的几个相关能量贡献的影响，这项工作提出了小分子和固体的离解能，氢转移和非氢转移反应的活化能，以及反应能的一些常见的测试集。我们基准EX+RPA和超越它的几种能量泛函：二阶屏蔽交换（SOSEX），单激发（SE）校正，重整化单激发（rSE）校正，以及它们的组合。单激发校正以及SOSEX对相关能的贡献都显着改善了EX+RPA的臭名昭著的欠结合趋势。令人惊讶的是，使用EX+RPA单独基于KS参考获得的活化能非常准确。RPA+SOSEX+rSE为反应和活化能提供了同等水平的准确度，总体上提供了最平衡的性能，这使得它适用于广泛的系统和化学反应。
2012-03-08 cond-mat.mtrl-sci
The random phase approximation applied to solids, molecules, and graphene-metal interfaces: From weak to strong binding regimes
无规相近似（RPA）作为第一性原理总能量计算的一种普遍而精确的方法，正引起人们的新的兴趣。RPA自然地解释了远程分散力，而不影响短程相互作用的准确性，使得RPA优于由弱范德华力或混合共价分散相互作用主导的系统中的半局部和混合泛函。在这项工作中，我们提出了平面波为基础的RPA计算广泛收集的系统，从强共价键的范德华力。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，其代表金属-有机界面的典型实例。半局部密度近似和非局部范德华函数的比较表明，只有RPA捕获弱共价和色散力，这是同样重要的，这些系统。我们基准我们的实施在GPAW电子结构代码通过计算石墨和一系列共价键合的固体和分子的内聚能以及H2和H2+的解离曲线。这些结果表明，RPA与轨道从局部密度近似遭受离域误差和系统地低估共价键能产生类似或更低的精度比Perdew-Burke-Ernzerhof（PBE）功能的分子和固体，分别。
2013-03-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.comp-ph
Assessing the performance of the Random Phase Approximation for exchange and superexchange coupling constants in magnetic crystalline solids
总能量的随机相近似（RPA）以前已被证明提供了一个定性正确的描述分子系统中的静态相关性，其中密度泛函理论（DFT）与本地泛函必然会失败。这立即提出了一个问题，即RPA是否也能够捕获强相关固体（如莫特绝缘体）的正确物理。由于强的电子局域化，在这样的系统中的磁相互作用是由超交换，在最简单的图片可以被看作是分子的静态相关的模拟占主导地位。在目前的工作中，我们调查的RPA的性能，用于评估在磁性固体NiO，MnO，Na 3Cu 2SbO 6，Sr 2CuO 3，Sr 2CuTeO 6，和单层的CrI 3，这是选择代表各种各样的磁相互作用的超交换和直接交换相互作用。结果表明，RPA可以精确地校正Hartree-Fock引入的大误差，与微扰展开所用的输入轨道无关。然而，在大多数情况下，可以使用DFT+U获得类似于RPA的精度，从计算的角度来看，DFT+ U明显更简单。
2017-07-26 cond-mat.mtrl-sci
Formation energy puzzle in intermetallic alloys: Random phase approximation fails to predict accurate formation energies
我们进行了密度泛函计算，以估计金属间化合物合金的形成能。我们使用了两个半局部近似，广义梯度近似（GGA）的Perdew-Burke-Ernzerhof（PBE）和强约束和适当赋范（SCAN）元GGA。此外，我们利用了两个非局部DFT泛函，混合HSE 06，和国家的最先进的随机相位近似（RPA）。非局部泛函，如HSE 06和RPA产生准确的形成能的二元合金完全填充的d带金属，半局部泛函表现不佳。当合金中存在部分填充的d带金属时，非局部泛函的精度大大降低，而PBE-GGA在这些情况下表现出色。我们表明，任何DFT方法的准确预测的形成能取决于它的能力，预测准确的电子性质，例如，价带d带对态密度的贡献。SCAN元-GGA经常校正PBE-DOS，然而，与PBE相比，它不提供准确的形成能。这被认为是由于缺乏适当的误差消除，这是由于两种合金及其成分的相似的本体性质而应该预期的，这可以通过改变meta-GGA成分来改善。RPA产生太负的形成能与部分填充的d-带金属的合金。RPA结果可以通过恢复交换相关核来校正，从而改善金属密度中的短程电子-电子相关。
2020-10-02 cond-mat.mtrl-sci
Efficient and accurate calculation of exact exchange and RPA correlation energies in the Adiabatic-Connection Fluctuation-Dissipation theory
近年来，人们对实际体系的精确交换能和RPA相关能的计算又产生了新的兴趣。这些量是所谓的EXX/RPA+方案的主要成分，该方案已被证明是LDA和GGA表现不佳的弱结合系统的标准LDA/GGA DFT的有前途的替代方法。在本文中，我们提出了一个有效的方法来计算RPA相关能的绝热连接涨落耗散形式主义的框架。该方法是基于一个相对较小的RPA介电矩阵的本征模的计算，有效地计算密度泛函微扰理论的框架中的迭代密度响应计算。我们还将讨论在精确交换能量计算中对可积发散的仔细处理，这说明了在布里渊区采样时收敛缓慢的问题。作为一个例子的方法，我们显示的应用程序的结果，体硅，Be二聚体和原子系统。
2009-04-20 cond-mat.mtrl-sci
Accuracy of basis-set extrapolation schemes for DFT-RPA correlation energies in molecular calculations
在完全基组极限下，在密度泛函理论（DFT）框架下构建了原子和分子随机相位近似（RPA）相关能的参考基准集。这套是用来评估一些流行的RPA全电子分子计算外推方案的准确性。结果表明，对于绝对能量准确的结果，明显优于原始数据，是可以实现的两点外推计划的基础上五倍和六倍zeta基组。此外，我们表明，结果与基准也可以通过使用基于四重和五重zeta基组的半经验外推程序。最后，我们分析了不同的原子化能量外推方案的性能。
2013-02-21 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Bond Breaking and Bond Formation: How Electron Correlation is Captured in Many-Body Perturbation Theory and Density-Functional Theory
对于H2解离的典型情况，我们比较了GW近似中的最新多体微扰理论（MBPT）和精确交换加随机相位近似中的密度泛函理论（DFT）的相关能（EX + cRPA）。为了进行无偏比较并防止虚假起点效应，两种方法都迭代到完全自洽（即sc-RPA和sc-GW）。在这两种方法中的交换相关图在拓扑上是相同的，但在sc-RPA中，它们是用非相互作用的格林函数来评估的，而在sc-GW中，它们是用相互作用的格林函数来评估的。这对解离区域具有深远的影响，其中sc-RPA优于sc-GW。我们认为，对于一个给定的图形扩展，DFT框架优于多体框架时，它涉及到键断裂。我们把这归因于相关能的差异，而不是动能的处理。
2013-04-22 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Kohn-Sham band gaps and potentials of solids from the optimised effective potential method within the random phase approximation
我们提出了一个实施方案的优化有效势（OEP）计划的精确交换（EXX）和随机相位近似（RPA）的能量泛函，并将这些方法应用到一系列的散装材料。我们计算了Kohn-Sham（KS）势和相应的带隙，并将它们与标准局域密度近似（LDA）计算得到的势进行比较。KS差距在RPA中从LDA到OEP，最后到ESX的OEP时增加。这可以通过键合区和间隙区中的电位的不同深度来解释。为了得到真实的准粒子能隙，需要对RPA-OEP KS能隙加上导数间断或$G_0W_0$修正。预测的$G_0W_0$ @RPA-OEP准粒子间隙比实验值大约5%。然而，相比之下，$G_0W_0$计算的基础上的本地或半本地的泛函，在不同的材料之间的误差有所不同，我们得到了一个相当一致的所有材料之间的描述。
2014-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Random-phase approximation excitation energies from approximate equation-of-motion ring coupled-cluster doubles
在随机相位近似（RPA）中计算的基态相关能是已知的是相同的，使用一个子集的条款出现在耦合团簇理论与双激发计算。特别是，这种等价性要求只保留那些在戈德斯通意义上产生与时间无关的环图的项。在这里，我表明，这种等价性延伸到中性激发能，在RPA中计算的是相同的那些使用近似运动方程耦合团簇理论与双激发（EOM-CCD）。这种等效性需要对EOM-CCD进行三种近似：首先，从环形CCD方程出发，得到基态双激发振幅（与相关能相同）;其次，将EOM本征值问题截断为单激励问题（单粒子+单空穴）子空间;第三，必须忽略Fock算子的相似变换，因为它对应于单粒子传播子的修饰，这在传统RPA中是不存在的。
2018-04-03 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Range-separated density-functional theory with random phase approximation: detailed formalism and illustrative applications
使用格林函数多体理论，我们提出了一个形式上精确的绝热连接波动耗散密度泛函理论的距离分离的基础上，这是在图卢兹，格伯，詹森，萨文和Angyan，物理学评论Lett。102，096404（2009）中所述。距离分离的密度泛函理论方法结合短程密度泛函近似与长程随机相位近似（RPA），然后得到良好的识别近似的长程格林函数自能。对具有或不具有长程Hartree-Fock交换响应核的距离分离RPA型方案在稀有气体和碱土金属二聚体上进行了评估，并与距离分离二阶微扰理论和距离分离耦合团簇理论进行了比较。
2010-07-26 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Dispersive and Covalent Interactions Between Graphene and Metal Surfaces from the Random Phase Approximation
本文采用密度泛函理论和随机相近似（RPA）方法计算了石墨烯吸附在Cu（111）、Ni（111）和Co（0001）表面的势能面。对于这些吸附系统的共价和分散的相互作用是同样重要的，而常用的近似交换相关泛函给范德华或化学键的描述不足，RPA帐户准确地为两者。结果发现，吸附是一个微妙的竞争之间的弱化学吸附最小接近表面和物理吸附最小远离表面。
2011-06-27 cond-mat.mtrl-sci
Treating different bonding situations: Revisiting Au-Cu alloys using the random phase approximation
采用最新的无规相近似（RPA）方法研究了铜金合金的基态平衡性质。我们估计的晶格常数与实验一致，平均绝对百分比误差（MAPE）为1.4%。半局部泛函，如广义梯度近似（GGA）的Perdew，伯克，和Ernzerhof（PBE）和强约束和适当的规范（SCAN）未能提供准确的体积模量，这表明他们无法描述系统在拉伸或压缩状态的平衡几何。我们发现，RPA中存在的非局域性能够描述两个离域电子密度（散装元素成分结晶合金）之间的过渡，提供准确的形成能。基于我们的研究结果，我们得出结论，这是很难找到一个通用的密度泛函，可以给广泛的金属间化合物合金的性能的准确结果。然而，RPA可以捕获不同的键合情况，通常比其他密度泛函更好。它给出了准确的结果，广泛的基态性能的合金，从金属完全填充的d-壳层。
2019-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Plane wave basis set correction methods for RPA correlation energies
针对 RPA 相关能在平面波基组下收敛缓慢的问题，本文研究短程局域密度泛函补偿基组不完备误差的条件，并提出基于 Lindhard 响应函数的单次外推法，用于多种典型固体平衡晶格常数计算。
2023-07-16 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Molecular-orbital-free algorithm for excited states in time-dependent perturbation theory
一个非线性共轭梯度优化方案被用来获得激发能内的随机相位近似（RPA）。RPA本征值方程的解决方案是通过使用修改的无源泛函，这是基于一个不对称的瑞利商，在正交化的原子轨道表示的变分表征。这样就避免了计算分子轨道的计算瓶颈。通过投影将变分空间简化为物理相关的过渡。RPA实现线性缩放系统大小的可行性，N，通过监测收敛行为的初始猜测的质量和阈值下对噪声的敏感性，以及病态的问题。发现无分子轨道算法是稳健的并且计算高效的，提供了朝向时间依赖性光学性质和线性响应的大规模、降低复杂度的计算的第一步。该算法可扩展到其它形式的时间相关微扰理论，包括但不限于时间相关密度泛函理论。
2008-05-21 cond-mat.mtrl-sci
Understanding plasmon dispersion in nearly-free-electron metals: the relevance of exact constraints for novel exchange-correlation kernels within time-dependent density functional theory
库仑相互作用系统中的小波矢激发可以分解为高能纵向等离子体激元和低能单电子激发。在等离子体激元分支与单电子激发区域合并的临界波矢和相应频率处，等离子体激元的集体能量耗散成单电子-空穴激发。Jeltron模型提供了接近自由电子极限的金属的电子能量损失谱（EELS）的合理描述。随机相位近似（RPA）在高密度极限下是精确的，但即使对于rs > 1的密度，也可以合理地捕获等离子体色散。RPA和所有超越RPA的方法在这里调查，导致一个错误的无限等离子体激元寿命的波矢量小于临界的等离子体激元色散曲线进入粒子空穴激发。交换相关核修正RPA修改等离子体色散曲线。然而，在前面研究的内核的结构和形式上有很大的差异。我们目前的工作介绍了最近的模型交换只和交换相关内核，并讨论了一些确切的约束在内核的建设的相关性。我们表明，由于等离子体色散采样的波矢量的范围小于相关能量采样的范围，不同的内核可以使相关能量的强差异和弱差异的等离子体色散。这项工作完成了我们的理解等离子体激元分散在现实的金属，如Cs，其中已观察到负等离子体激元分散。我们发现只有积极的等离子体激元色散在jeletion的密度为Cs。
2020-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hubbard-$U$ corrected Hamiltonians for non-self-consistent random-phase approximation total-energy calculations: A study of ZnS, TiO$_2$, and NiO
在电子关联的无规相位近似（RPA）下计算总能量的非自洽方法中，需要选择一个单粒子哈密顿量，其解用于构造电子密度和非相互作用响应函数。在这里，我们调查的效果，包括在这个单粒子哈密顿Hubbard- $U$项，以更好地描述在过渡金属化合物ZnS，TiO $_2$和NiO中的3个$d$电子的现场关联。我们发现，RPA的晶格常数基本上是独立的$U$，尽管在底层的电子结构的大的变化。我们进一步证明了这些材料的非自洽RPA总能量在非零$U$处具有最小值。我们的RPA计算发现金红石相的TiO $_2$是更稳定的比独立的$U$，这是一个结果，这是与实验一致，定性不同的计算采用$U$校正（半）本地泛函。然而，我们也发现，+ $U$长期不能用来纠正RPA的NiO的生成热的不良描述。
2016-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Localized resolution of identity approach to the analytical gradients of random-phase approximation ground-state energy: algorithm and benchmarks
我们开发并实现了一种形式主义，使计算的分析梯度的粒子-空穴随机相位近似（RPA）的基态能量相对于原子轨道基组框架内的原子位置。我们的方法是基于局域分辨率的身份（LRI）近似评估的两个电子库仑积分及其衍生物，和密度泛函微扰理论计算的Kohn-Sham（KS）轨道和轨道能量的一阶导数。我们的实现允许一个放松分子结构在RPA水平使用高斯型轨道（GTO）和数值原子轨道（NAO）。基准计算表明，我们的方法提供了较高的数值精度相比，以前的实现。小分子RPA几何形状的质量的仔细评估表明，后KS RPA系统高估的键长。我们进一步优化了四个低洼水六聚体的几何构型-笼，棱柱，环状和书异构体，并确定了这四个异构体的能量等级使用RPA。所得到的RPA能量排序是在良好的协议与单，双和微扰三重激发的耦合集群方法所产生的，尽管解离能本身被大大低估。用重正化单激发修正法很好地修正了RPA对离解能的低估。
2021-09-02 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Many-Electron Trial Wave Functions for Inhomogeneous Solids
固体中相互作用电子的量子蒙特卡罗模拟通常使用Slater-Jastrow试验波函数，其中Jastrow因子包含一体和两体项。在均匀系统中，二体项的长程行为可以从玻姆和派恩斯的随机相位近似（RPA）推导出来。在这里，我们将RPA推广到非均匀系统。这给出了非齐次二体关联项的长程行为，并为单体项提供了精确的解析表达式。它也解释了为什么斯莱特-杰斯特罗试验波函数纳入哈特里-福克或密度泛函轨道的决定因素是接近最佳的，即使在RPA杰斯特罗因子的存在。调整后的非均匀RPA Jastrow因子，将已知的短程行为，我们测试它使用变分蒙特卡罗计算。我们发现，最重要的方面的两体长期是由于电子-电子散射的短程行为，虽然远程行为所描述的RPA应该变得更重要的高密度。
2000-05-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Beyond the random phase approximation with a local exchange vertex
为了构建一个系统地超越GW和无规相近似（RPA）的电子结构方法，我们引入了基于含时密度泛函理论的精确交换势（EXX）的顶点修正。EXX顶点函数被约束为局部的，但预期捕获与Hartree-Fock顶点类似的物理。然后，我们一致地统一了不同的超越RPA方法，例如RPA与交换（RPAx）和二阶屏蔽交换（SOSEX）近似的各种恢复。氢二聚体和电子气的数值研究支持的理论分析，我们讨论了包括在屏蔽相互作用和自能的顶点校正的重要性。最后，我们详细介绍了我们的实现在平面波赝势框架内，并展示了优异的性能，不同的RPAx方法在描述能量的氢和范德华键。
2018-04-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.chem-ph
Combining Machine Learning and Many-Body Calculations: Coverage-Dependent Adsorption of CO on Rh(111)
一氧化碳（CO）在过渡金属表面的吸附是表面科学和催化领域的一个典型过程。尽管它很简单，但它对理论建模提出了巨大的挑战。几乎所有现有的密度泛函都不能同时准确地描述表面能、CO吸附位偏好以及吸附能。虽然无规相近似（RPA）治愈这些密度泛函理论的失败，其巨大的计算成本，使它禁止研究CO吸附的任何，但最简单的有序情况。在这里，我们通过开发一种机器学习力场（MLFF）来解决这些挑战，该力场具有接近RPA的精度，用于通过有效的动态主动学习程序和$Δ$ -机器学习方法来预测Rh（111）表面上CO的覆盖依赖性吸附。我们表明，RPA衍生的MLFF是能够准确地预测Rh（111）表面能，CO吸附位的偏好，以及在不同的覆盖度，都是在很好的协议与实验的吸附能。此外，覆盖度依赖的基态吸附模式和吸附饱和覆盖度被确定。
2023-02-18 cond-mat.mtrl-sci
Layer Response Theory: Energetics of layered materials from semi-analytic high-level theory
我们提出了一个易于计算的半解析层响应理论（LRT）的分析涉及二维层，如BN或石墨烯的内聚能量。该理论近似随机相位近似（RPA）相关能量。它的RPA特性确保了能量对于分离良好的层具有正确的范德华渐近性，与简单的成对原子-原子理论相反，该理论对于具有零电子能隙的层定性地失败。与此同时，我们的理论比完全RPA能量的计算密集度低得多。它也给出了准确的相关能量附近的结合最小值，相反，Lifshitz型理论。我们成功地将我们的LRT理论应用于石墨和BN，以及石墨烯-BN异质结构。
2016-04-10 cond-mat.mtrl-sci
Efficient structural relaxation based on the random phase approximation: Applications to the water clusters
本文改进原子轨道与定域RI方案下的RPA解析梯度实现，实现中等水团簇的高效RPA结构弛豫，并揭示低能异构体排序及RPA+rSE结合能精度。
2024-04-16 cond-mat.mtrl-sci
Correlation Energy Divergences in Metallic Systems
以Hartree-Fock为参考，采用微扰（M \oller -Plesset，MP）、耦合团簇（CC）和组态相互作用（CI）方法，数值研究了近似多体理论中金属体系总能量的发散性.控制有限尺寸效应和基组不完整性误差与能量的随机相位近似（RPA）相比，我们令人信服地建议，非微扰耦合簇理论是可以接受的金属中的电子相互作用建模，而微扰耦合簇理论不是。RPA提供的数据，它是可能的，以测试其他近似的有限基方法的分歧，只有适度的计算成本。
2012-08-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.quant-gas physics.chem-ph
Beyond the random phase approximation: Improved description of short range correlation by a renormalized adiabatic local density approximation
我们评估了最近提出的重整化绝热局域密度近似（rALDA）用于固体和分子中电子相关能的\textit{ab initio}计算的性能。该方法是由含时密度泛函理论和绝热联系涨落耗散定理导出的无规相位近似（RPA）的推广，不含拟合参数。新的内核被证明是保持从RPA色散相互作用的准确描述，同时显着提高分子，绝缘体和金属的短程相关性的描述。当与实验相比时，对于分子雾化能，rALDA比RPA（PBE）好7（4）倍，并且对于固体的内聚能，rALDA比RPA（PBE）好3（1.5）倍。对于过渡金属，包含全壳半核状态被认为是至关重要的RPA和rALDA计算，可以提高高达0.4 eV的内聚能。最后，我们讨论了简单的概括的方法，这可能会进一步改善结果。
2013-08-28 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Cubic-scaling algorithm and self-consistent field for the random-phase approximation with second-order screened exchange
具有二阶屏蔽交换的随机相位近似（RPA+SOSEX）是一种电子相关能模型，但有两个注意事项：它的精度取决于平均场的任意选择，它的尺度是$n$电子的$\mathcal{O}(n^5)$操作和$\mathcal{O}(n^3)$存储。我们推导出一个新的算法，减少其缩放到$\mathcal{O}(n^3)$操作和$\mathcal{O}(n^2)$内存使用控制近似和一个新的自洽场近似Brueckner耦合簇双（BCCD）理论RPA+SOSEX，称为Brueckner RPA（BRPA）理论。该算法以比RPA+SOSEX更小的前因子，大大降低了二阶M $\mathrm{ø}$ ller-Plesset（MP2）微扰理论的尺度.在一个半经验模型中，我们研究H $_2$解离测试的准确性和H $_n$环验证缩放。
2014-01-15 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
The random phase approximation applied to ice
没有范德华相互作用的标准密度泛函对冰相的描述不能令人满意，特别是，与在环境条件下观察到的常见低密度相I $_h$相比，在压力下发生的高密度相太不稳定。虽然通过使用包括范德华相互作用的泛函改进了描述，但相对体积的误差仍然相当大。在这里，我们评估的随机相位近似（RPA）的相关能量，并比较我们的结果与实验数据，以及冰的扩散蒙特卡罗数据。RPA产生一个非常平衡的描述，所有考虑阶段，接近的精度扩散蒙特卡罗的相对能量和体积。这开辟了一条路线，对表面和空腔中的分子水相的简洁描述。
2014-05-15 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Quasi-local-density approximation for a van der Waals energy functional
我们讨论一个可能的形式类似于本地密度泛函理论的理论，但能够产生范德华能量在一个自然的方式。非均匀电子系统交换能和关联能$E_{xc}$的局域密度近似（LDA）是通过对{ \it相互作用}密度-密度响应函数$χ(\vec{r},\vec{r} ^{\prime},ω)$进行准局域近似，然后利用涨落耗散定理和Feynman耦合常数积分得到$E_{xc}$。这里提出的第一个新想法是使用相同的方法，除了对{ \it裸}响应$χ^{0}$而不是$χ$进行准局部近似。然后通过求解实空间中的非局部屏蔽积分方程得到相互作用响应。如果非局域屏蔽是在依赖于时间的Hartree水平，那么所得到的能量是一个近似的充分非均匀RPA能量：我们在这里表明，非均匀RPA相关能量包含广泛分离的中性子系统的情况下的范德华项。第二个新的想法是使用一种特别简单的方法，将LDA样的局部场修正引入屏蔽方程，给出一个理论，该理论应该对一对子系统的所有分离保持合理，包括在RPA中的范德华极限和在LDA理论中的键合极限。
2003-11-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Static Subspace Approximation for Random Phase Approximation Correlation Energies: Implementation and Performance
本研究在BerkeleyGW中实现了基于静态子空间近似的随机相近似（RPA）关联能计算，通过压缩频率依赖极化率实现显著加速和可控精度，在大型复杂系统中展现线性扩展性和优异的强扩展性能。
2024-05-30 cond-mat.mtrl-sci
Properties of real metallic surfaces: Effects of density functional semilocality and van der Waals nonlocality
我们计算了Al，Cu，Ru，Rh，Pd，Ag，Pt和Au的清洁（111），（110）和（100）表面的表面能，功函数和层间表面弛豫。这些金属表面中的许多具有技术或催化应用。我们将实验参考值与局部密度近似（LDA）、Perdew-Burke-Ernzerhof（PBE）广义梯度近似（GGA）、PBESol（固体PBE）GGA、SCAN元GGA和SCAN+ rVV 10（具有远程范德华或vdW校正的SCAN）的参考值进行比较。与不确定的实验值最接近的协议是通过最简单的密度泛函（LDA）和最复杂的通用（SCAN+ rVV 10）。长程vdW相互作用使表面能增加约10%，功函数增加约1%。LDA通过比通常更强的误差消除作用来处理金属表面。PBE产生最被低估和大概最不准确的表面能和功函数。表面能内的无规相近似（RPA）也报告。层间弛豫从不同的泛函是在合理的协议彼此，通常与实验。
2017-05-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
First-principle study of the melting temperature of MgO
仅使用第一性原理，我们计算MgO的熔点，也称为方镁石或氧化镁。随机相位近似（RPA）用于包括精确交换以及本地和非本地多体相关项，以提供高精度。采用自由能方法，由密度泛函理论计算的内能直接得到熔融温度。由分子动力学模拟产生的系综之间的自由能差用热力学积分或热力学微扰理论计算。预测的熔融温度为$T_m^\text{RPA} =3043\pm 86$ K，使用PBE和SCAN泛函获得的值为$T_m^\text{PBE} = 2747 \pm 59$ K和$T_m^\text{SCAN} = 3032\pm 53 $ K。
2019-04-04 cond-mat.mtrl-sci
Beyond the random phase approximation for calculating Curie temperatures in ferromagnets: application to Fe, Ni, Co and monolayer CrI3
本文比较了RPA、Callen解耦和HP磁振子平均场解耦在计算3D和2D铁磁体居里温度时的性能，发现Callen方法适用于3D经典系统，低自旋系统适用HP和RPA，而2D单离子各向异性系统需结合RPA与Callen解耦才最准确。
2024-10-23 cond-mat.mtrl-sci
Optimization of random phase approximation calculations for improved energies of molecules, solids, and surfaces
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；SLAC National Accelerator Laboratory（斯坦福直线加速器中心）
optRPA26通过优化随机相近似方法，显著提升分子、固体和表面的能量计算精度，适用于多种化学键合类型。
2026-02-04 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Theoretical electron energy loss spectroscopy of isolated graphene
对电子结构的透彻理解是使用石墨烯设计纳米电子学，化学/生物传感器，电催化剂和纳米等离子体的必要的第一步。因此，描述石墨烯集体激发的理论光谱技术具有根本的重要性。从密度泛函理论（DFT）出发，采用频率倒易空间中的线性响应时间相关的无规相位近似（TDDFT-RPA）来描述孤立石墨烯的损失函数-Im{1/ε（q，ω）}。为了确保去除层之间的任何虚假相互作用，采用库仑核的径向截止和直接在TDDFT-RPA水平的额外真空。发现这两种方法的组合提供了一个正确的描述孤立的石墨烯的电子能量损失谱，在一个显着降低计算成本相比，标准方法。
2014-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Surface science using coupled cluster theory via local Wannier functions and in-RPA-embedding: the case of water on graphitic carbon nitride
采用嵌入法对单个水分子在石墨氮化碳层上的吸附进行了第一性原理研究。嵌入的方法涉及到一种算法，以获得本地化的Wannier轨道的各种类型的平面波基础和内在原子轨道投影仪扩展。局域占据轨道与未占据的自然轨道相结合，进行多电子微扰理论计算的本地碎片。这些碎片由一组靠近被吸附的水分子的定域轨道组成。虽然表面模型在模拟单元中包含100多个原子，但所采用的碎片足够小，可以使用高级理论进行计算，直到耦合团簇与单，双和微扰三重粒子-空穴激发算子（CCSD（T））。为了校正丢失的长程相关能对吸附能的贡献，我们将CCSD（T）理论嵌入到直接无规相近似中，得到相对于碎片尺寸的快速收敛的吸附能。收敛计算的结合能相对于虚拟轨道基组实现采用一些最近开发的技术。此外，我们讨论了一系列近似的多电子微扰理论的碎片尺寸收敛。所获得的基准结果进行了比较，一些密度泛函计算。
2021-10-14 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Correlation energy of an electron gas: a functional approach
用有效作用泛函方法导出了电子气在外势中的关联效应。这种方法自然地包含了超越随机相位近似（RPA）的校正。使有效作用泛函显式依赖于两点关联函数。计算是在虚时间进行的。对于均匀的电子气，我们计算了交换效应对零温环图的影响，并说明了如何包括一些梯形图。我们的结果符合已知的数值计算。我们的结论表明，这种方法实际上是一个变种的依赖于时间的密度泛函方法，并建议它是适合于应用到非均匀的情况下的相关效应的研究。
2003-05-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Ni-O hybridization as a stabilizer for $s^{\pm}$ superconductivity in La$_3$Ni$_2$O$_7$: a DFT+RPA study
Universidade de São Paulo（圣保罗大学）；Ruhr-Universität Bochum（波鸿鲁尔大学）；Tulane University（杜兰大学）；Ilum School of Science, Brazilian Center for Research in Energy and Materials (CNPEM)（巴西能源与材料研究中心（CNPEM）伊卢科学学院）；Universidade Federal de Uberlândia（乌贝兰迪亚联邦大学）
该研究通过DFT+RPA方法，发现全谱模型的层间自旋涨落利于$s^\bf\textit{±}$超导态，为解决高压双层镍酸盐超导能隙对称性争议提供了关键依据。
2026-09-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Correlation energy for the homogeneous electron gas: exact Bethe-Salpeter solution and new approximate evaluation
通过求解电子极化传播子的Tamm-Dancoff近似之外的Bethe-Salpeter方程（BSE），计算了均匀电子气的相关能。由于包含了交换图，BSE有望在无规相位近似的基础上得到改进。例如，由于BSE在二阶简化为Møller-Plesset微扰理论，因此它在二阶是自相互作用自由的。相关能量的结果进行了比较，量子蒙特卡罗基准和良好的协议观察。对于低密度，然而，我们发现在偏振传播虚本征模。为了避免虚本征模的出现，提出了一种近似的BSE内核，它允许在低电子密度区域完全消除这个问题。我们将这种近似称为屏蔽交换随机相位近似（RPAsX）。我们表明，这种近似甚至略有改善后，标准的BSE内核。
2016-04-07 cond-mat.mtrl-sci
LibRPA: A Software Package for Low-scaling First-principles Calculations of Random Phase Approximation Electron Correlation Energy Based on Numerical Atomic Orbitals
LibRPA软件包利用数值原子轨道和LRI技术实现低标度RPA电子相关能计算，具备良好并行性，为大规模周期性扩展系统的第一性原理计算提供了可靠工具。
2024-07-29 cond-mat.mtrl-sci
Plasmonic performance of Au$_\mathbf{x}$Ag$_\mathbf{y}$Cu$_\mathbf{1-x-y}$ alloys from many-body perturbation theory
我们提出了一个详细的评估的光学和等离子体性质的有序合金的形式金$_{x}$银$_{y}$铜$_{1-x-y}$，作为预测的第一性原理多体微扰理论增强的半经验德鲁德-洛伦兹模型。在对元素Au、Ag和Cu的基准模拟中，我们发现当随机相位近似（RPA）建立在半局域近似Kohn-Sham密度泛函理论（KS-DFT）能带结构上时，RPA不能准确地描述带间跃迁。我们表明，非本地电子交换相关相互作用足以纠正这一点，特别是对于充满，相对较窄的$d$ -频带，这有助于强烈的整个低能量光谱范围（$0-6$ eV），可以非常方便地使用带拉伸运营商，模仿的影响，微扰G $_0$ W $_0$自能校正纳入准粒子质量重整化建模。因此，我们建立了一个方便的工作流程进行近似G $_0$ W $_0$ +RPA光谱计算合金。我们开发了一个务实的程序计算德鲁德等离子体频率的第一原则，包括自能效应，以及一个半经验的计划，用于插值的等离子体逆寿命之间的化学计量。在三个有代表性的固态激光波长的光学和等离子体的品质因数的范围进行了讨论。
2018-12-19 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Highly Parallel Real-Space Random Phase Approximation Using Lanczos Quadrature and Interpolation
College of Computing, Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院计算学院）；Department of Mathematics, Emory University（埃默里大学数学系）；College of Engineering, Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院工程学院）；Physics Division, Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室物理部）
提出一种基于Lanczos求积和插值的无矩阵实空间RPA关联能计算方法，实现高度并行，在4096核上30分钟内以化学精度计算256价电子硅体系。
2026-09-14 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Optimized effective potentials from the random-phase approximation: Accuracy of the quasiparticle approximation
本文通过直接求解线性化 Sham-Schlüter 方程得到15种半导体和绝缘体的精确RPA-OEP，评估QPA对带隙与介电常数的准确性及自洽性影响。
2023-07-16 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
