Exchange-correlation orbital functionals in current-density-functional theory: Application to a quantum dot in magnetic fields
本文将最优化有效势方法推广到电流自旋密度泛函理论，研究了外磁场中多电子相互作用系统的描述.作为一个例子，研究了一个二维量子点在外磁场中的运动。与量子Monte Carlo结果得到极好的协议时，自相互作用校正的相关能从标准的本地自旋密度近似被添加到确切的交换结果。完整的电流自旋密度功能框架内的完整的自我一致性被认为是次要的。
2008-03-04 cond-mat.mtrl-sci
Variational Minimization of Orbital-dependent Density Functionals
努力纠正这种自相互作用错误的泛函，例如通过施加Perdew-Zunger自相互作用修正或广义Koopmans条件获得的泛函，变得依赖于轨道或轨道密度，并提供了一个非常有前途的途径来超越密度泛函理论，特别是在研究电子，光学和介电性质，电荷转移激发和分子解离时。与传统的密度泛函不同，这些泛函在占据的电子态的幺正变换下不是不变的，这使得总电荷密度保持不变，这种增加的复杂性极大地抑制了它们的发展和实用性。在这里，我们首先重铸的非酉不变能量泛函的最小化问题到系综密度泛函理论的语言，解耦的变分搜索到一个内循环的酉变换，最小化的能量在固定的轨道子空间，和外循环的轨道在空间中的演变正交的占用流形。然后，我们表明，在内环的势能面是远离凸抛物在早期阶段的最小化，因此，基于这些假设的最小化计划是不稳定的，并提出了一种方法来克服这样的困难。整体配方允许一个稳定的，强大的，有效的变分最小化的非酉不变的泛函，必不可少的研究复杂的材料和分子，并调查大量的热力学极限，其中轨道收敛通常本地化的Wannier函数。特别地，使用最大局部化Wannier函数作为初始猜测可以大大降低达到能量最小值所需的计算成本，同时不影响或提高收敛效率。
2011-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Orbital-free approximations to the kinetic-energy density in exchange-correlation MGGA functionals: tests on solids
Mejia-Rodriguez和Trickey [Phys. Rev. A 96，052512（2017）]最近的一项研究表明，应用于亚广义梯度近似（MGGA）的交换相关泛函的去轨道化程序（用近似的无轨道表达式代替精确的Kohn-Sham动能密度）可能会导致分子性质结果的重要变化。对于本工作，MGGA泛函的脱轨进一步研究，考虑到各种性质的固体。它示出，根据MGGA，常见的无轨道近似的动能密度可以足够准确的晶格常数，体积模量，和内聚能。对于用修正的Becke-Johnson MGGA势计算的带隙，脱轨道对结果有较大的影响。
2018-07-19 cond-mat.mtrl-sci
Highly Accurate Local Pseudopotentials of Li, Na, and Mg for Orbital Free Density Functional Theory
本文提出了一种在给定交换相关和动能泛函的情况下，利用无轨道密度泛函理论（OF-DFT）构造高精度赝势的方法，避免了Kohn-Sham DFT和OF-DFT的误差复合.赝势拟合参考（实验或高度精确的量子化学）值的相互作用能，几何形状和机械性能，使用遗传算法。这可以使许多实际相关材料的常规大规模从头计算模拟成为可能。赝势的锂，钠，镁导致准确的几何形状和能量的不同阶段，以及空位形成和体积模量的例子。
2014-12-25 cond-mat.mtrl-sci
Conjugate-Gradient Optimization Method for Orbital-free Density Functional Calculations
无轨道密度泛函理论作为传统的量子力学理论的一种扩展，由于其在更精确的动能泛函和高效的数值计算方法上的发展，在过去的十年里引起了人们的极大兴趣。本文结合Kohn-Sham计算中的一些技巧，发展了一种新的共轭梯度法来数值求解自旋相关的扩展的P-Fermi方程。新方法的关键是一个近似的线搜索方案和集体处理的情况下，自旋相关的ETF问题的两个自旋密度。对一个四次二维量子点系统和一个三维钠团簇$\mr{Na}_{216}$的计算结果表明，该方法是准确有效的。
2004-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Orbital-free extension to Kohn-Sham density functional theory equation of state calculations: application to silicon dioxide
二氧化硅SiO $_2$的液体状态方程通过量子分子动力学在5至15 g/cc的密度范围内和在0.5至100 eV的温度下计算，包括$α$ -石英和stishovite相Hugoniot曲线。低于8 eV的计算是基于Kohn-Sham密度泛函理论（DFT），高于8 eV的一个新的无轨道DFT公式，这里提出的，基于匹配的Kohn-Sham DFT计算。最近的实验冲击数据被发现是非常好的协议与目前的结果。最后，结合实验和模拟数据，建立了一个新的SiO $_2$液相状态方程表。
2015-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Physically motivated iso-orbital indicator for meta-GGA exchange functionals
National Institute of Science Education and Research（国家科学教育研究中心）；Indian Institute of Information Technology Surat（印度信息 technological 学院苏拉特分校）
研究针对元广义梯度近似泛函中等轨道指标在低密度尾部发散问题，通过采用物理动机的泡利KED取代分母消除发散，测试两个增强因子，在不同交换泛函中改进效果显著，推动了相关泛函进一步发展。
2026-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Implementation of the SCAN Exchange-Correlation Functional with Numerical Atomic Orbitals
本文在ABACUS软件包中基于数值原子轨道和平面波基组实现了SCAN meta-GGA泛函，涵盖交换关联势、力和应力计算，并通过有限差分、收敛性测试及水六聚体、S22弱相互作用分子和13种半导体等体系验证了实现的准确性。
2023-05-31 cond-mat.mtrl-sci
Non-empirical Generalized Gradient Approximation Free Energy Functional for Orbital-free Simulations
我们报告了第一个完全非经验的广义梯度近似，非相互作用自由能泛函的轨道自由密度泛函理论，并使用新的泛函提供部队的有限温度分子动力学模拟在温暖的稠密物质（WDM）制度，新的泛函提供良好的，以优秀的协议与参考科恩-WDM条件下的假计算，其计算成本仅为相应的基于轨道的模拟的极小部分。
2013-10-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Pseudopotentials for Orbital-Free DFT: Capturing Nonlocality and Correcting Functional Approximants
Rutgers University（罗格斯大学）；University of Ibadan（伊巴丹大学）；Jilin University（吉林大学）；East African Institute for Fundamental Research (EAIFR), University of Rwanda（卢旺达大学东非基础研究院）；Lira University（利拉大学）
本文提出了一种构建无序态密度泛函理论局部伪势的方法，通过优化有效势程序提升过渡金属的计算准确性。
2026-01-05 cond-mat.mtrl-sci
Accelerating Equilibration in First-Principles Molecular Dynamics with Orbital-Free Density Functional Theory
提出结合无轨道与Kohn-Sham DFT的混合方法，快速生成平衡离子构型，加速第一性原理模拟并提升机器学习模型精度，适用于温稠密物质研究。
2022-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Spin-dependent interactions in orbital-density-dependent functionals: non-collinear Koopmans spectral functionals
本文基于 Wannier 函数和密度泛函微扰理论开发了非共线 Koopmans-compliant 谱泛函，在准粒子近似下准确预测了自旋轨道耦合材料的能带结构，自然包含了标准多体微扰理论中需复杂修正才能获得的自旋依赖相互作用和屏蔽效应。
2024-06-09 cond-mat.mtrl-sci
Binding energy and nature of the orbitals in fluorinated graphene: a density functional theory study
采用密度泛函理论计算了单层石墨烯同一侧吸附一个、两个和三个氟原子的结合能。我们表明，氟二聚体在石墨烯上的自旋单重态是稳定的，对分离成孤立的氟吸附原子，这表明有一种趋势，氟吸附原子在石墨烯的一侧集群。我们的研究结果表明，氟原子的连续键合相邻的碳原子在不同的子晶格上，而自旋的安排，以减少总的基态的磁化强度的发展。我们发现，一个单一的氟原子或二聚体的结合能的石墨烯周期性的超晶胞尺度与模拟超晶胞的线性尺寸的立方成反比的有限尺寸的错误。用$π$ -轨道轴分析，发现三个$σ$ -轨道直接沿键指向中心氟碳的再杂化是sp \textsuperscript{2.33} .发现C-F键中碳轨道的再杂化为sp \textsuperscript{4.66}。
2017-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Dependency of XC functionals and role of 3s(2p) orbitals of Co(Si) as core/valence states on the vibrational and thermodynamic properties of CoSi
第一性原理声子计算和密度泛函理论（DFT）在研究材料的动力学和热学性质中起着重要的作用。在这里，我们调查的交换相关（XC）功能的振动和热力学性质的CoSi的效果。研究了Co（Si）的3s（2 p）轨道作为核价态对该化合物声子性质的影响。声子计算采用有限位移法和超原胞方法，并利用DFT计算得到的平衡晶体结构。计算结果与已有的实验结果进行了比较。三个XC泛函，即，用LDA、PBESol和SCAN计算了该化合物的声子色散、声子态密度（DOS/偏态密度）和热学性质。发现SCAN给出的最高声子频率为$\sim$ 56 meV，这与实验值很好地吻合，而LDA（PBESol）给出的$\sim$ 54（$\sim$ 55）meV。对于所有的泛函，零点能计算为$\sim$ 10 kJ/mol。LDA、PBESol和SCAN的德拜温度（$Θ_{D}$）分别计算为$\sim$ 626 K、$\sim$ 638 K和$\sim$ 650 K。由LDA得到的$Θ_{D}$与文献值吻合较好。声子色散和声子态密度依赖于Co（Si）的3s（2 p）轨道是芯态还是价态。但是，这种轨道依赖性似乎对该化合物的热性质无关紧要。
2020-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Orbital-polarization terms: from a phenomenological to a first-principles description of orbital magnetism in density-functional theory
在自旋密度泛函理论的单粒子方程中，为了改善对过渡金属离子轨道磁矩的描述，反复引入唯象轨道极化项。在这里，我们表明，这些特设的修正可以被解释为近似的交换相关矢量势A_xc的电流密度泛函理论（CDFT）。这种联系提供了两种方法的额外信息：现象学OP术语与第一原理理论相关联，导致其经验成功的理由，并重新评估其局限性和在其推导中所做的近似。相反，OP项与CDFT的连接导致一组CDFT势A_xc的简单近似，具有许多基于电子气体的泛函所不具有的期望特征。
2007-12-14 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Embedded-Cluster Calculations in a Numeric Atomic Orbital Density-Functional Theory Framework
我们将全电子电子结构代码FHI-aims集成到通用ChemShell软件包中进行固态嵌入（QM/MM）计算。在这个集成的一个主要任务是赝势功能到FHI的实施，目的是描述阳离子在QM/MM边界通过有效的核心电位，从而防止虚假的电子密度过极化。基于数值原子轨道基组，FHI-aims提供了特别有效的访问精确交换和二阶微扰理论，使建立的QM/MM设置的混合和双混合水平DFT计算的固体系统的理想工具。我们通过计算Fe取代的ZSM-5沸石骨架中Fe的还原电位和TiO 2（110）上（光）催化水氧化的反应能曲线来说明这种能力。
2014-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Bloch's theorem in orbital-density-dependent functionals: Band structures from Koopmans spectral functionals
Koopmans兼容的泛函提供了一个轨道密度依赖的框架，用于精确评估光谱特性;它们是通过对系统的总能量相对于任何轨道的占用施加广义分段线性条件而获得的。在晶体材料中，由于泛函的轨道密度依赖性，将总能量最小化到基态提供了一组最小化的变分轨道，这些变分轨道被局部化，从而打破了基础晶格的周期性。尽管如此，我们表明，布洛赫对称性可以被保存，它是可能的，以描述的电子态与带结构的图片，由于Wannier的变分轨道的字符。我们还提出了一种方法来展开和插值的电子带超原胞（$Γ$点）计算，这使我们能够计算完整的能带结构与Koopmans兼容的泛函。一组基准半导体和绝缘体的结果显示出非常好的协议与国家的最先进的多体微扰理论和实验，强调这些光谱泛函预测能带结构的可靠性。
2022-07-05 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Nonlocal Pseudopotential Energy Density Functional for Orbital-Free Density Functional Theory
无轨道密度泛函理论（OF-DFT）以低计算成本运行，与模拟原子的数量成线性比例，使其适合于大规模材料模拟。一般认为，OF-DFT严格要求使用局域赝势，而不是轨道相关的非局域赝势，用于计算电子-离子相互作用能，因为没有轨道可用。这是不幸的情况，因为已知非局部赝势比局部赝势具有更好的可传递性和计算精度。我们在这里报告的理论方案，允许直接使用非局部赝势OF-DFT的发展。在这个方案中，一个非局域赝势能量密度泛函是由非局域赝势投影到非相互作用的密度矩阵（而不是“轨道”），可以近似为电子密度的函数。我们的发展挑战的信念，非局部赝势不适用于OF-DFT，导致创建一个替代的理论框架OF-DFT的工作优于传统的。
2022-04-03 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-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
Dependence of response functions and orbital functionals on occupation numbers
对密度泛函理论的交换相关能泛函的解释性轨道依赖近似通常不仅依赖于单粒子Kohn-Sham轨道，而且依赖于它们在基态Slater行列式中的占据数。因此，用优化有效势（OEP）方法对相应的交换关联势进行变分计算，也需要相对于有效单粒子势的变化而改变占据数，这通常不被考虑在内。这里说明了在什么情况下这一程序是合理的。
2008-11-27 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Orbital-free energy functional for electrons in two dimensions
我们推导出一个非经验的，轨道自由的密度泛函的总能量的相互作用的电子在两个维度。泛函由相互作用能的局部公式组成，其中我们遵循Parr为三维系统引入的线[R. G. Parr，J.Phys.Chem.92，3060（1988）]，以及用于动能的M-F近似。从轨道和Hartree积分的自由，使建议的近似数值高效。得到的受限二维系统的总能量与密度泛函理论中的标准局域密度近似符合得很好，并且比Alas-Fermi近似精确得多。
2009-10-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Wave functions for quantum Monte Carlo calculations in solids: Orbitals from density functional theory with hybrid exchange-correlation functionals
我们研究固体的固定节点扩散蒙特卡罗能量如何依赖于斯莱特-杰斯特罗波函数中使用的单粒子轨道。我们表明，依赖性可以是显着的，特别是在3D过渡金属化合物的情况下，我们采用的例子。我们说明了如何交换相关泛函与可变的确切交换组件可以利用，以减少固定节点的错误。基于这些结果，我们认为，固定节点量子蒙特卡罗提供了一个变分的方法优化有效的哈密顿参数。
2010-03-12 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Ferrodistorsive orbital ordering in the layered nickelate NaNiO_2: A density-functional study
采用线性Muffin-tin轨道方法，通过密度泛函计算，研究了镍酸钠NaNiO_2低温相的电子结构和磁性。发现了反铁磁溶液，每个Ni离子的磁矩为0.7 m_B，由于Ni^{3+}离子周围的Jahn-Teller畸变而产生铁畸变轨道有序，这与中子衍射推断的轨道有序一致.虽然层内交换是铁磁性的，但层间交换是弱反铁磁性的，由长的Ni-O-Na-O-Ni超交换路径介导。
2004-09-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Orbital-free functional with sub-milliHartree errors for slabs
本文利用渐近分析推导了平板Kohn-Sham电子Thomas-Fermi动能近似的精确主导修正，通过包含标准半局域泛函遗漏的量子振荡并解释导数不连续性，在四阶实现了化学精度。
2024-02-20 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Orbital Dependent Electronic Masses in Ce Heavy Fermion Materials studied via Gutzwiller Density Functional Theory
采用局域密度泛函理论和多体Gutzwiller近似相结合的方法研究了一系列铈基重费米子材料。计算orbial相关的电子质量增强参数进行了比较，从索末菲系数的测量值提取的可用数据。Gutzwiller密度泛函理论显示出显着遵循的趋势，在各种Ce化合物，并给出重要的见解轨道选择性质量重整化，可以更好地理解广泛传播的数据。
2014-03-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
Towards efficient orbital-dependent density functionals for weak and strong correlation
我们提出了一个新的范式设计交换相关泛函的密度泛函理论。电子对的关联明确的装置最近开发的二阶Bethe-Goldstone方程（BGE 2）的方法。在这里，我们提出了一个筛选的BGE 2（sBGE 2）的变体，有效地调节给定的电子对的耦合。sBGE 2正确地解离了H $_2$和H $_2^+$，这个问题长期以来一直被认为是密度泛函理论中的一个巨大挑战。然后将sBGE 2泛函作为轨道依赖性泛函（称为ZRPS）的构建块，ZRPS是PBE 0混合泛函的自然延伸。虽然sBGE 2在H $_2$和H $_2^{+}$中的良好性能变差，但ZRPS在各种化学环境中从弱到强的相关性产生了相对于其他密度泛函的显著且一致的改进。
2016-08-27 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Orbital-Free Density Functional Theory: Linear Scaling Methods for Kinetic Potentials, and Applications to Solid Al and S
在无轨道密度泛函理论中，动能势（KP），即动能密度泛函的函数导数，出现在电子密度的欧拉方程中，并且可能更适合于简单的近似。我们研究了两个固态系统，铝和硅，使用两个非局部KP原子，得到了很好的结果。非常准确的结果被发现为铝，但结果为硅是不太令人满意的，说明一般需要更好地处理扩展共价体系。一个不同的整合途径，在KP形式主义可能证明是有用的，在攻击这个根本问题。
2009-03-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
A favorably-scaling natural-orbital functional theory based on higher-order occupation probabilities
我们引入了一个新的能量泛函的基态电子结构计算。它的基本变量是隐式单重态多体波函数的自然自旋轨道和它们的联合占据几率。该泛函是从一系列受控的二粒子密度矩阵的近似导出的。计算成本与电子数的代数标度一般是可以得到的，而Hartree-Fock标度则是零级理论。与后一个版本的饱和小分子系统所获得的结果进行了比较与那些高精度的量子化学计算。数值结果是变分的，捕获了从平衡到解离的大部分相关能。它们的准确性是相当大的，可获得的电流密度泛函理论近似和电流泛函的单粒子密度矩阵。
2015-06-20 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Density-functional theory for systems with noncollinear spin: orbital-dependent exchange-correlation functionals and their application to the Hubbard dimer
发展了一类新的轨道相关交换相关势，用于非共线自旋密度泛函理论。从优化的有效势（OEP）的形式主义的确切的交换势-广义的非共线的情况下-相关效应通过一个自洽的程序的启发Singwi-Tosi-Land-Sjolander（STLS）方法。的轨道相关的xc电位施加到均匀和非共线的磁场的哈伯德二聚体和精确对角化和Bethe-anastrous本地自旋密度近似。STLS给出了总能量，密度和磁化强度的整体最佳性能，特别是在弱到中等相关的制度。
2018-05-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Optimized Effective Potential made simple: Orbital functionals, orbital shifts, and the exact Kohn-Sham exchange potential
优化有效势（OEP）是明确依赖于轨道的能量泛函的精确Kohn-Sham势，例如，准确的交换能量。给出了OEP方程的一个证明，它不依赖于泛函导数的链式法则，直接给出了最简单形式的方程：一定的一阶密度漂移必须为零。这个条件解释了Hartree-Fock和精确交换OEP的最高占据轨道能量如此接近的原因。更重要的是，我们表明，确切的OEP可以迭代地构建从一阶位移的Kohn-Sham轨道，这些可以很容易地计算。计算了球形原子和三维钠团簇的交换势$v_\mathrm{x}(\re)$。研究了它的长程渐近行为，包括$v_\mathrm{x}(\re)$在特定空间方向上对非零常数的逼近。我们计算的总能量和轨道能量和静态电偶极子极化率的钠团簇采用确切的交换功能。精确的OEP结果进行了比较的Krieger-Li-Iafrate（KLI）和局部密度近似。
2003-03-19 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus physics.chem-ph
Orbital-Free Density-Functional Theory Simulations of Displacement Cascade in Aluminum
本文采用无轨道密度泛函理论（OFDFT）分子动力学模拟对铝中的位移级联进行了模拟。电子效应是我们主要关心的问题。用密度泛函理论和经典分子动力学方法计算了位移阈值能，比较结果揭示了电荷桥的作用。与MD模拟结果相比，OFDFT模拟的位移尖峰峰值较低，持续时间较短，这是由于电子阻尼的影响。电荷密度分布清楚地显示了耗尽区、空位和间隙团簇的存在。发现离子与电子之间的能量交换主要由动能贡献。
2017-09-25 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Liquid Water through Density-Functional Molecular Dynamics: Plane-Wave vs Atomic-Orbital Basis Sets
我们确定和比较结构，动力学和电子性质的液态水在附近的环境条件下，通过密度泛函分子动力学模拟，当使用平面波或原子轨道基组。在这两个框架中，电子结构和原子力的自洽确定在同一理论方案的基础上的非局部密度泛函占范德华相互作用。在这两个框架内实现的液态水的整体性质是非常一致的。因此，我们的研究支持平面波或原子轨道基组的实现产生等效的结果，可以不加区别地用于液态水或水溶液的研究。
2016-07-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
A Density Difference Based Analysis of Orbital--Dependent Exchange--Correlation Functionals
我们提出了一个基于密度差的分析范围内的轨道依赖Kohn-Sham泛函。原子，氖等电子系列和小分子的一些成员的结果报告和从头算波函数计算进行比较。特别注意的是质量的近似交换-只有优化的有效潜力（OEP）的方法：我们认为本地化哈特里福克以及克里格-李-Iafrate方法。在交换-只有水平的密度差异的分析揭示了所产生的电子密度的近似的影响。这些差异进一步量化的基态能量，前线轨道能量差和最高占据轨道能量。在相关的水平上的OEP方法的基础上的扰动二阶相关能量表达式示出提供的结果与传统的波函数的方法，使其适合作为一个基准来比较标准的密度函数近似。
2013-11-06 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Simple iterative construction of the optimized effective potential for orbital functionals, including exact exchange
对于明确依赖于Kohn-Sham轨道的交换相关泛函，势$V_{\mathrm{xc}σ}(\re)$必须作为优化有效势（OEP）积分方程的解来获得。这是非常苛刻的，并限制了轨道泛函的使用，如精确交换。我们证明了OEP可以通过迭代求解偏微分方程而不是积分方程来获得。这相当于计算精确化Krieger-Li-Iafrate（KLI）近似的轨道位移。不需要计算非对称轨道。该方法的准确性和效率的原子和簇使用的确切的交换能。反直观的渐近极限的确切OEP，从以前的建设，无法访问。
2003-01-29 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus physics.chem-ph
A hybrid-exchange density-functional theory study of the electronic structure of $\mathrm{MnV}_2\mathrm{O}_4$: Exotic orbital ordering in the cubic structure
用杂化交换密度泛函理论研究了立方和四元$\mathrm{MnV}_2\mathrm{O}_4$的电子结构。计算得到的四方相的电子结构显示了V位上的反铁磁轨道有序和亚铁磁基态（V和Mn上的自旋是反对齐的）。这些结果与用局域密度近似+ $U$方法[S. Sarkar，et.例如，物理修订信函102，216405（2009）]。此外，电子结构，特别是投影态密度的立方相已预测与最近的软X射线光谱实验的良好协议。类似的tetraphite相，在立方结构中的V和Mn上的自旋有利于亚铁磁配置。最有趣的是，计算出的立方相V上自旋携带轨道的电荷密度显示了一种奇异的轨道排序，即，沿着[110]的铁轨道有序，但是沿着[ $\overline{1}$ 10]的反铁轨道有序。
2015-04-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ward identities and orbital magnetization in current density functional theory
International Center for Quantum Materials, Peking University（北京大学量子材料国际中心）；Department of Materials Science and Engineering, University of Washington（华盛顿大学材料科学与工程系）；Department of Physics, University of Washington（华盛顿大学物理系）；School of Physics, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学物理学院）
本文通过重新推导电流密度泛函理论中周期晶体轨道磁化公式，揭示了电流顶点与Kohn-Sham自能导数之间的守恒恒等式，并验证了交互固体轨道磁化可通过自洽的Kohn-Sham方程本征函数和本征值计算。
2026-05-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Orbital localization error of density functional theory in shear properties of vanadium and niobium
一般认为，密度泛函理论（DFT）能很好地描述大多数具有s、p和d轨道的元素，除了某些具有强定域和关联价电子的材料。在这项工作中，我们发现，广泛使用的交换相关（xc）泛函，包括LDA，GGA和meta-GGA，低估了剪切模量和相稳定性的V和Nb大大。另一方面，通常对相关系统更好的高级混合泛函在这两种简单金属中完全失效。这一惊人的失败是由于GGA的轨道定位误差，这是进一步恶化的混合泛函。这一观察结果证实了一个类似的失败的DFT+U和范德瓦尔斯泛函时，适用于V和Nb。为了解决这个问题，提出了一种半经验的DFT+J方法，它可以通过促进原位交换来使电子离域。此外，它被观察到，包括密度导数略有改善的性能的半局部泛函，与元GGA优于GGA，后者是优于LDA。这一发现表明，为了完全消除V和Nb中的轨道定域误差（主要来自d轨道）和离域误差（主要来自s和p轨道），从而更好地描述它们的电子结构，在Laplacian能级之外引入高阶密度导数是可能和必要的。同样的策略也适用于其他d电子和f电子系统。
2020-03-14 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph quant-ph
Accurate ionic forces and geometry optimisation in linear scaling density-functional theory with local orbitals
线性标度方法密度泛函理论（DFT）模拟制定在实空间中的定域轨道，而不是离域本征态的传统方法。在局域轨道方法中，相对于传统的DFT，期望的性质可能在某种程度上丢失，例如系统的总能量相对于小位移的平移不变性和势能面的光滑性。这对计算精确的离子力和几何形状有影响。在这项工作中，我们提出的结果从\textsc{onetep}，我们的线性缩放方法的基础上本地化轨道在实空间。使用psinc函数的基本基组和局部轨道的动态优化的结果在光滑的势能面，是一致的离子力计算使用赫尔曼-费曼定理。这使得能够执行精确的几何优化。在硅表面重建的结果，以及三个示例系统演示的性能的准牛顿几何优化算法：有机zwitteres，在离子晶体中的点缺陷，和半导体纳米结构。
2011-03-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Locally Scaled Self-Interaction Corrected Energy Functionals with Complex Optimal Orbitals
Science Institute and Faculty of Physical Sciences, University of Iceland（冰岛大学物理科学学院）
本文提出了一种基于复杂最优轨道的局部缩放自相互作用校正能量泛函，以提高原子、分子和固态系统性质预测的准确性。
2026-01-27 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Automatic Differentiation for Orbital-Free Density Functional Theory
本文提出PROFESS-AD，将自动微分引入无轨道密度泛函理论模拟，直接计算一阶及高阶导数相关性质，相比传统方法更简洁，为开发与测试新密度泛函提供了高效原型工具。
2023-04-02 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Robust linear-scaling optimization of compact localized orbitals in density functional theory
在密度泛函理论（DFT）中，严格按照基函数的局部子集展开的紧凑单电子轨道的局部性可以用来实现计算时间随系统大小的线性增长，这在大规模模拟中至关重要。然而，尽管紧凑轨道的优点，实际的基于轨道的线性标度DFT方法的发展一直受到阻碍，因为一个紧凑的表示的电子基态是很难找到的变分优化程序。在这项工作中，我们表明，紧凑轨道的缓慢和不稳定的优化源于紧凑轨道的几乎不变的混合，大部分但不完全本地化在相同的基函数的子集。我们还构造了一个近似的海森函数，可以用来识别有问题的近不变模式，并沿着它们进行变分优化，而不会在计算的能量中引入显著的误差。这使我们能够创建一个线性标度的DFT方法与低的计算开销，被证明是有效的和准确的固定核计算和半导体和绝缘体的分子动力学模拟。
2021-09-30 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph quant-ph
Plane wave/pseudopotential implementation of excited state gradients in density functional linear response theory: a new route via implicit differentiation
本文介绍了基于平面波基组的密度泛函线性响应理论（TDDFT）中激发态核力的计算方法。本文发展了一种隐式微分技术，用于计算Kohn-Sham分子轨道波函数和轨道能量梯度之间的非绝热耦合，并将其用于计算激发态核力。该算法已实现在一个平面波/赝势代码只考虑到一个减少的活性子空间的分子轨道。对于H $_2$和N $_2$分子，当分子轨道的活性子空间接近完全时，分析梯度迅速收敛到精确力。
2005-07-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Orbital-Free Density Functional Theory: Kinetic Potentials and Ab-Initio Local Pseudopotentials
在Kohn和Sham的密度泛函（DF）理论中，利用一组轨道计算了一般外场中无相互作用电子系统的基态的动能。无轨道方法试图通过近似普遍但未知的动能密度泛函，直接从电子密度计算出这一点。然而，简单的局部近似是不准确的，它已被证明是非常困难的设计一般准确的非局部近似。相反，我们关注的是动能势，即动能DF的函数导数，它出现在电子密度的欧拉方程中。我们认为，在许多相关的情况下，动能势是更本地和更容易受到简单的物理动机的近似，并描述了两个途径，通过该途径的值的动能可以有效地计算。我们提出了两个非局部轨道自由动能势，减少到已知的精确形式缓慢变化和快速变化的扰动，也重现精确结果的线性响应的均匀系统的密度小扰动。本文提出了一种简单而系统的方法来产生精确而弱的从头算局部赝势，它能产生一个平滑的缓慢变化的电子密度的价分量，用于分子和固体的轨道自由DF计算。这些局部赝势的使用进一步最小化了来自动力学势的可能误差。我们的理论产生的结果的总能量和电离能的原子，并为壳结构的原子径向密度分布是在非常好的协议与计算使用完整的Kohn-Sham理论。
2007-04-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Benchmarking theoretical electronic structure methods with photoemission orbital tomography
在过去的十年中，光电子发射轨道层析成像（POT）已经发展成为一个强大的工具，研究吸附在（金属）表面的有机分子的电子结构。通过测量光电子的角分布作为结合能的函数，并利用分子轨道的动量空间特征，POT导致在有机/金属界面的电子态密度的轨道分辨图像。在这一结合实验和理论的工作中，我们应用POT的原型有机$π$共轭分子双蒽（C $_{28}$ H $_{14}$），形成一个高度取向的单层铜（110）表面。在实验上，我们确定了前所未有的13个$π$和12个$σ$轨道的双蒽，并测量了它们各自的结合能和光谱线型在双蒽/Cu（110）界面。从理论上讲，我们执行密度泛函计算这个接口采用四个广泛使用的交换相关泛函的广义梯度近似的家庭，以及全球和范围分离的混合泛函。通过分析轨道投影态密度的电子结构，我们得到了详细的理论与实验的轨道评估。这使我们能够基准性能的调查功能方面的能力占轨道能量排列在有机/金属界面。
2022-09-27 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Atoms, dimers, and nanoparticles from orbital-free density-potential functional theory
本文将密度-势泛函理论从低维量子气体推广到原子、二聚体和纳米颗粒，基于Suzuki-Trotter分解与Wigner形式体系构造非局域和半局域近似，实现准线性成本并提升大粒子数体系的准确性。
2023-04-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.quant-gas physics.chem-ph
Shell-correction and orbital-free density-functional methods for finite systems
基于密度泛函理论（DFT）的无轨道（OF）方法有望显著提高计算速度。在这一领域，精确的动能密度泛函的发展仍然是一个悬而未决的问题。在这一章中，我们回顾了最初应用于核物理的壳层校正方法（SCM，通常称为Strutinsky平均法）及其在DFT背景下的最新表述[Yannouleas和Landman，Phys. Rev. B 48，8376（1993）]。我们通过其早期的应用程序，凝聚态有限系统，包括金属簇，富勒烯，和金属纳米线的DFT-SCM方法。DFT-SCM结合了量子力学干涉效应，从而提供了一个改进相比，使用的F-DFT中的F-Fermi型动能密度泛函。
2013-05-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci nucl-th
