A local tensor that unifies kinetic energy density and vorticity dependent exchange-correlation functionals
我们提出了一个动能张量，统一了一个标量动能密度通常使用的亚广义梯度近似泛函和涡密度出现在顺磁流密度泛函理论。因此，这两种类型的泛函都可以被归入一种新的泛函形式的特殊情况，这种形式自然地被置于雅各布阶梯的第三层。此外，动能张量与交换洞曲率有关，是规范不变的，并且具有非常明确的$N$ -可表示性条件。后一个条件使得能够定义不可忽略轨道的有效数目。虽然诸如电子定域函数之类的量可以区分有效的单轨道区域和其他区域，但是本动能张量可以区分一个、两个、三个和四个或更多个轨道区域。
2018-05-15 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Can the Hartree-Fock kinetic energy exceed the exact kinetic energy?
本文从广义维里定理出发推导动能差的一般表达式，证明原子、离子及平衡键长分子中HF动能不超过精确动能，并通过Hooke原子的高精度计算验证该猜想。
2023-02-22 physics.chem-ph
KineticNet: Deep learning a transferable kinetic energy functional for orbital-free density functional theory
Heidelberg University（海德堡大学）
针对无轨道密度泛函理论中动能泛函难以计算的问题，提出等变深度神经网络 KineticNet，通过点卷积预测分子求积网格上的动能，首次在微小分子上实现化学精度并完成双电子系统的密度优化。
2023-10-24 cs.LG physics.chem-ph
Towards accurate orbital-free simulations: a generalized gradient approximation for the non-interacting free energy density functional
对于无轨道的{ \it ab initio}分子动力学，特别是对于极端热力学条件下的体系，我们给出了第一个赝势适应的广义梯度近似（GGA）泛函.这是通过我们最近的LKT基态非相互作用动能GGA泛函的系统有限温度扩展来实现的（Phys. Rev. B \textbf{98}，041111（R）（2018））。我们首先通过对晶体铝和硅的静态晶格计算来测试新功能的性能。然后，我们比较氘状态方程的结果对路径积分蒙特卡罗和传统的（轨道相关的）Kohn-Sham的结果。新的泛函，表示为LKTF，优于以前最好的半局部自由能泛函，VT 84 F（物理。修订版本\ B \textbf{88}，161108（R）（2013）），并且提供适度更快的模拟。我们还讨论了微妙的识别动力学和熵的贡献，从基态轨道自由动能泛函的扩展获得的非相互作用的自由能泛函。
2020-01-28 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Nonlocal vs Local Pseudopotentials Affect Kinetic Energy Kernels in Orbital-Free DFT
本文提出从Kohn-Sham DFT计算动能核的方法，比较局域与非局域赝势对铝和硅价电子的影响，揭示非局域赝势在短波长区域导致显著偏离von Weizsacker结果。
2024-09-19 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Accurate Reference Data for the Non-Additive Non-Interacting Kinetic Energy in Covalent Bonds
精确地计算了H $_2$、Li $_2$、Be $_2$，C $_2$，N $_2$，F $_2$，和Na $_2$在配分密度泛函理论中的应用。所得到的片段是唯一确定的，它们的总和再现了相应XC官能团的Kohn-Sham分子密度。我们比较使用分数轨道占用通常的PDFT系综方法治疗碎片的能量和密度。我们还比较了Fermi和von Weiz{ä}cker近似动能泛函的数值精确解，并找到了von Weiz{ä}cker解接近精确的重要区域。
2016-10-26 physics.chem-ph
Ferromagnetic kinetic exchange interaction in magnetic insulators
超交换理论预测，当容纳磁性电子的轨道通过抗磁性桥接原子/基团共价键合时，占主导地位的反铁磁动力学相互作用。在这里，我们表明，明确考虑磁性和（领先）的桥接轨道，以及前者之间的电子转移，揭示了强铁磁动力学交换的贡献。第一性原理计算表明，它在强度上与反铁磁超交换在一些磁性材料与抗磁性金属桥。特别地，它负责Fe $^{3+}$ -Co $^{3+}$ -Fe $^{3+}$络合物中的铁离子之间的非常大的铁磁耦合（$-10$ meV）。
2020-08-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.chem-ph
Robust All-Electron Optimization in Orbital-Free Density Functional Theory Using the Trust Region Image Method
我们提出了一个高斯基的无轨道密度泛函理论（OF-DFT）的实现，其中的信赖域图像方法（TRIM）用于优化。这种二阶优化方案已被构造为提供基准的全电子结果与粒子数约束，相关的化学势和电子密度的非常紧密的收敛。结果表明，通过保留优化的鞍点性质并同时优化密度和化学势，收敛所需的迭代次数减少了一个数量级。该方法进行了比较，并与陈，科恩和汉迪提出的嵌套优化方案的一个新的实现。我们的实现允许半本地动能（和交换相关）泛函处理自洽在全电子计算。这些计算的全电子高斯基设置将使直接比较与广泛的标准高精度量子化学方法，以及与科恩-沙姆密度泛函理论。我们希望，目前的实施将提供一个有用的工具，分析有限系统中的近似动能泛函的性能。
2020-12-22 physics.chem-ph
Effect of orbital-overlap dependence in density functionals
由于引入了动能密度作为输入，Kohn-Sham（KS）密度泛函理论交换相关泛函的半局域Meta广义梯度近似（MGGA）可以同时得到原子、分子、表面和固体的精确基态能量.我们研究的第一次的影响和重要性的依赖MGGA的动能密度，通过无量纲的不均匀性参数，$α$，表征轨道重叠的程度。这导致了一个简单的和全新的MGGA交换功能，它插入之间的单轨道制度，其中$α=0$，和缓慢变化的密度制度，其中$α\approx 1$，然后外推到$α\to \infty$。当与Perdew-Burke-Erzerhof（PBE）GGA相关性的变体相结合时，所得到的MGGA对原子、分子、表面和固体都表现得同样好。
2012-05-03 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Issues and Challenges in Orbital-free Density Functional Calculations
求解对应于以无轨道形式表达的密度泛函的能量最小值的欧拉方程涉及相关但不同的计算挑战。一个是全电子和赝势计算之间的选择，如果后者，赝势的建设。另一个是求解算法的稳定性、速度和准确性。两者的基础是近似泛函（动能和交换相关）的满意质量的基本问题。我们解决这两个计算问题，并说明他们的一些比较性能测试，我们最近开发的改进的结合广义梯度近似动能泛函。比较原子，双原子分子，和一些简单的固体。
2012-06-04 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
An investigation into the nonconformity of homogeneous gas limit for kinetic energy density of atomic systems
本文利用 Pöschl–Teller 势揭示以均匀电子气为基础的原子动能密度模型对真实原子势失效，指出需修正领头阶项。
2025-10-21 physics.chem-ph
Kinetic Energy Density Functionals by Axiomatic Approach
本文采用公理化方法确定一般$D$维动能密度泛函（KEDF）的物理可接受形式。由此产生的扩展捕获了大多数已知形式的一点KEDF。通过对一维非相互作用动能模型问题（仅6项）的KEDF形式进行统计训练，发现对1000个随机产生的势能的平均相对精度比标准KEDF好几个数量级。的准确性提高占用状态的数量，并被发现是优于$10^{-4}$的系统与四个占用状态。此外，我们表明，自由拟合的系数与已知的KEDFs接近准确的解析值。该方法为寻找物理上可接受的动能密度泛函开辟了一条新的途径，为更精确的大尺度自由轨道密度泛函理论计算迈出了重要的一步.
2017-06-03 physics.chem-ph
Role of Kohn-Sham Kinetic Energy Density in Designing Asymptotically Correct Semilocal Exchange-Correlation Functionals in Two Dimensions
正定Kohn-Sham动能（KS-KE）密度在设计低维量子系统的半局部Meta广义梯度近似（Meta-GGA）中起着至关重要的作用。已经严格地表明，在核附近和渐近区域，KE-KS不同于其von Weizsäcker（VW）对应物，因为来自不同轨道的贡献（即，s和p轨道）起重要作用。利用二维各向同性量子谐振子作为一个测试案例，对此进行了探索。我们还构造了几种不同物理行为的元GGA成分，并利用它们在元GGA水平上设计了一个精确的半局部泛函。在渐近区域，一个新的交换能泛函构造使用元GGA成分与形式上的增强因子的确切性质。此外，它已被证明，交换能量密度和潜在的精确渐近行为可以通过准确地选择增强因子作为一个功能的meta-GGA成分。
2017-03-16 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Visualizing the large-$Z$ scaling of the kinetic energy density of atoms
将中性原子标度到大的$Z$，结合周期性和逐渐趋于均匀性，是密度泛函理论的基本探索，它推动了对动力学和交换相关能的理解的最新进展。虽然研究的重点通常是能量的缩放，但也可以从能量密度中获得见解。我们可视化的标度的正定动能密度（KED）在闭壳层原子，在比较不变的数量的基础上的梯度和拉普拉斯的密度。我们注意到一个惊人的适合的KED的核心内的任何原子的梯度扩展使用的梯度和拉普拉斯算子，出现作为一个渐近极限周围的KED振荡。的梯度膨胀是定性不同的从第一原理的缓慢变化的电子气和相关的非零泡利贡献的KED附近的核。我们提出并探索轨道自由元GGA模型的动能来描述这些功能，取得了一定的成功，但量子振荡的影响，在原子的内壳层，使一个完整的参数化困难。我们讨论了改进的无轨道描述的分子性质的影响。
2016-05-25 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Approximate quantum circuit compilation for proton-transfer kinetics on quantum processors
本研究基于Nuclear-Electronic Orbital框架开发量子计算算法，通过冻结自然轨道近似和自适应近似量子编译，在ibm_fez设备上模拟质子转移动力学，实现了大幅电路简化并将能垒估计保持在参考值13%以内。
2025-07-11 physics.chem-ph quant-ph
Classical kinetic energy, quantum fluctuation terms and kinetic-energy functionals
我们采用最近制定的反量子化程序，以获得一个精确的表达式的动能，这是适用于所有的动能泛函。我们将N电子系统的动能表示为N电子的经典动能和N电子的纯量子动能之和，所述纯量子动能产生于将经典动量转化为量子动量的量子涨落。这导致了一个有趣的类比与纳尔逊的随机方法量子力学，我们用它来概念性地澄清物理性质的部分动能功能的统计波动和直接对应的Fisher信息理论。我们证明了N电子的纯量子动能可以表示为（单电子）Weizsacker项和（N-1）电子的动力学关联项之和。我们进一步证明了Weizsacker项是局域涨落的结果，而动力学关联项是非局域涨落的结果。对于单电子轨道（其中动力学相关被忽略），我们得到了一个精确的（虽然不切实际）的非相互作用动能的表达式作为经典动能和Weizsacker项的总和。经典的动能被认为是明确地依赖于电子相，这对准确的无轨道动能泛函的发展有影响。此外，经典动能和角动量之间存在直接联系，并且在周期表的一行中，非相互作用动能的经典动能分量通常随着Z的增加而增加。
2007-04-08 math-ph math.MP physics.chem-ph
Orbital-free Bond Breaking via Machine Learning
机器学习用于将一维电子的动能近似为电子密度的函数。该功能可以准确地解离双原子，并可以通过训练系统地提高。高精度的自洽密度和分子力的发现，表明从头计算分子动力学模拟的可能性。
2013-06-07 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph stat.ML
A physics-inspired evolutionary machine learning method: from the Schrödinger equation to an orbital-free-DFT kinetic energy functional
本文提出受物理变分原理启发的ML-Omega进化机器学习方法，能从数据推导微分方程，仅用少量原子能量即可发现薛定谔方程及改进的无轨道动能泛函，优于现有DFT泛函。
2024-05-28 physics.chem-ph quant-ph
Kinetic energy density for open-shell systems: Analysis and development of a novel technique
寻求一个近似而精确的动能密度泛函是无轨道密度泛函理论发展的核心。虽然之前已经提出了封闭壳层系统的配方，但我们已经证明它不能天真地扩展到开放壳层原子。在目前的工作中，我们研究了一个特设的配方计算的动能密度的开壳层原子通过扩展的方法用于封闭壳层系统的有效性。我们还分析了来自两个先前设计的增强因子的泡利势的自旋相关的功能。此外，我们还提出了一种精确的方法来系统地计算任意自旋多重数原子的动能密度。
2022-08-01 physics.chem-ph quant-ph
Asymptotic Analysis of the Pauli Potential for Atoms
本研究针对无轨道密度泛函理论中Pauli势建模的难题，通过数学分析与精确计算，揭示了非相对论中性原子Pauli势在Lieb-Simon标度下的分区行为特征，为半经典Pauli统计描述及无轨道DFT泛函改进提供了新依据。
2021-06-04 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
