Interpretations of ground-state symmetry breaking and strong correlation in wavefunction and density functional theories
在近似的密度泛函理论中，一个完整的基态波函数中的强关联可以表现为完整的自旋密度或总密度，这有时是可以观察到的。它们可以由波动的软模式（有时是集体激发）引起，例如非零波矢处的自旋密度波或电荷密度波。在这个意义上，一个近似的交换和相关的密度泛函，打破对称性可以更揭示（虽然不太准确）比一个确切的功能，不。这里讨论的例子包括拉伸的H $_2$分子、反铁磁固体和低密度凝胶的静电荷密度波/维格纳晶相。结果表明，（在什么意义上）的静电荷密度波是一个软等离子体。
2020-07-23 cond-mat.str-el physics.chem-ph
Density functional theory for strongly-interacting electrons: Perspectives for Physics and Chemistry
电子密度泛函理论（DFT）的准确性和适用性的提高对材料科学、理论化学、生物物理学和生物化学等许多研究领域都至关重要。在过去的三年里，密度泛函理论强相互作用极限的数学结构已经被揭示出来，关于这个极限的确切信息已经开始变得可用。本文的目的是提供一个角度来看，这一新的确切的信息可以用来处理的情况下，标准的科恩-沙姆DFT的问题。使用强相互作用极限的一种方法，与固态物理器件更相关，是定义一个新的框架来进行实际的、非常规的DFT计算，其中使用强相互作用参考系代替Kohn和Sham的传统的非相互作用参考系。另一种与化学应用更相关的方法是将强相互作用极限的精确处理纳入近似的交换相关能量密度泛函中，以描述困难的情况，如化学键的断裂。
2010-08-13 cond-mat.str-el physics.chem-ph
Fermionic statistics in the strongly correlated limit of Density Functional Theory
绝热连接被积函数$W_λ[ρ]$的精确信息可以从强耦合极限（$λ\to\infty$，其中$λ$是电子-电子相互作用的强度）中的主导项中提取，该被积函数可以用于评估Kohn-Sham密度泛函理论的交换相关能。在这项工作中，我们首先比较了理论预测的两个领先的条款在强耦合极限与数据通过数值实现的精确Levy功能在简单的情况下，两个电子限制在一维，确认这两个条款的渐近精确。然后，我们进行了第一次研究，在大耦合$λ$的费米子统计，数值和理论，确认自旋效应进入订单$\sim e^{-\sqrtλ}$。
2017-09-30 cond-mat.str-el physics.chem-ph
The derivative discontinuity in the strong-interaction limit of density functional theory
本文将Kohn-Sham密度泛函理论中交换相关能的强相互作用极限推广到具有涨落粒子数的开放系统。当用于强相互作用系统上的自洽Kohn-Sham过程时，该泛函产生对于重要应用（如电子输运）至关重要的精确特征。特别是，台阶状结构的最高占领的Kohn-Sham本征值是非常好的捕获，与精确的多体化学势准确的定量协议。虽然可以表明，尖锐的导数不连续性只存在于无限强相关的限制，在有限的相关制度，我们观察到一个轻微的平滑不连续性，与定性和定量的功能，提高相关性。从基本的角度来看，我们的结果得到了导数不连续性，而不需要对它的标准导数做任何假设，为它的存在性提供了独立的支持。
2013-08-10 cond-mat.str-el physics.chem-ph
Strong-interaction limit of an adiabatic connection in Hartree-Fock theory
我们表明，主导项的强相互作用极限的绝热连接，具有弱相互作用展开的Moeller-Plesset微扰理论，可以完全确定从一个功能的Hartree-Fock密度。我们分析了这个功能和突出的相似性和差异与强相互作用限制的密度固定的绝热连接的情况下的Kohn-Sham密度泛函理论。
2018-12-03 cond-mat.str-el 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
DFT+U Type Strong Correlation Functional Derived from Multiconfigurational Wavefunction Theory
该研究基于多组态波函数理论构建强关联DFT+U型泛函，通过块定域组态相互作用哈密顿量及激发能近似，实现了铁自旋交叉配合物计算精度的提升。
2023-07-21 physics.chem-ph
Pure density functional for strong correlations and the thermodynamic limit from machine learning
我们使用密度矩阵重整化群，应用于一维连续哈密顿模型，精确地解决了各种分离和原子数的氢原子链。我们训练和测试机器学习近似$F[n]$，电子密度泛函的通用部分，在量子化学的准确性。我们的计算（a）绕过了标准的Kohn-Sham方法，避免了寻找轨道的需要，（b）包括高度拉伸键的强相关性，没有任何特定的困难（不像所有标准的DFT近似），（c）非常准确，可以用来找到量子化学精确度的热力学极限中的能量。
2016-09-13 cond-mat.str-el physics.chem-ph physics.comp-ph
Strong correlations in density-functional theory: A model of spin-charge and spin-orbital separations
众所周知，当描述一维中强关联的密度分布时，电子分离成自旋子和特征子，即自旋-电荷分离，起着决定性的作用。在这篇手稿中，我们通过考虑第三个电子分馏的模型来扩展调查：分离成自旋子，characters和轨道-最后一个与电子轨道自由度相关。具体地说，我们处理交换相关（XC）密度泛函的两个严格的约束：（i）最高占用（HO）Kohn-Sham（KS）本征值的分数电子数的恒定性，和（ii）他们的整数不连续性。通过一维（1D）离散的Hubbard链和1D氢分子的连续，我们发现，自旋-电荷分离产生几乎恒定的HO KS本征值，而自旋-轨道对应物可以是决定性的，当描述在强相关XC势的衍生物不连续性。
2014-04-04 cond-mat.str-el physics.chem-ph physics.comp-ph
Exchange-correlation functionals from the strongly-interacting limit of DFT: Applications to model chemical systems
我们研究模型一维化学系统（代表他们的三维同行）使用严格相关电子（SCE）功能，通过建设，成为渐近精确的无限耦合强度的限制。SCE泛函对密度具有高度的非局部依赖性，并且能够在Kohn-Sham理论内捕获强相关性而不引入任何对称性破缺。然而，化学系统并不足够接近强相互作用极限，因此，虽然电离能和拉伸的H2分子被准确描述，但总能量通常太低。修正的基础上，在无限耦合强度的Hohenberg-Kohn功能的扩展中的确切的下一个领先的顺序在很大程度上改善了结果。
2014-01-30 physics.chem-ph
Energy Density Functionals From the Strong-Coupling Limit Applied to the Anions of the He Isoelectronic Series
阴离子和自由基对于许多应用是重要的，包括环境化学、半导体和电荷转移，但是可用的近似能量密度泛函描述得很差。在这里，我们测试一个近似的交换相关功能的基础上的Hohenberg-Kohn功能的精确强耦合极限的原型情况下，他的等电子系列与不同的核电荷$Z<2$，其中包括弱束缚的负离子和量子相变在临界值$Z$，代表了一个很大的挑战密度泛函理论。我们使用精确的波函数计算来验证我们的结果，比较能量和Kohn-Sham势，从而也提供了有用的参考数据接近和在量子相变。我们表明，我们的功能是能够结合H $^-$和捕获一般的物理松散结合的阴离子，具有强烈的过度结合的倾向，可以证明数学。我们还包括基于均匀电子气的修正，这改善了结果。
2014-04-06 physics.atom-ph physics.chem-ph
Density Functionals based on the mathematical structure of the strong-interaction limit of DFT
虽然在原则上是精确的，但科恩-沙姆密度泛函理论--计算化学的主力--必须依赖于交换相关泛函的近似。尽管取得了惊人的成功，但当电子-电子相关效应起着重要作用时，当今的近似仍然很困难。电子库仑排斥完全支配交换相关泛函的极限提供了一个定义明确的数学框架，为能够处理强相关的新近似提供了见解。特别是，这个极限的数学结构，这是现在很好地建立了由于其重新制定为一个最佳的运输问题，指出使用非常不同的成分（或功能）相对于传统的近似中使用。我们专注于使用这些新成分来构建计算化学近似的策略，并强调未来有前途的方向。
2022-04-22 physics.chem-ph
Self-Consistent Implementation of Kohn-Sham Adiabatic Connection Models with Improved Treatment of the Strong-Interaction Limit
绝热连接模型（ACM）是建立精确交换关联泛函的有力工具，它介于弱相互作用和强相互作用之间。如果包含来自二阶微扰理论的精确弱相互作用展开，则这些泛函的自洽实现是具有挑战性的，并且在文献中仍然缺乏。在这项工作中，我们填补了这一空白，提出了一个完全自洽场（SCF）实现一些流行的ACM泛函。在弱相互作用下使用二阶微扰理论的同时，我们还引入了新的广义梯度近似（GGA），超出了通常的点电荷加连续模型，用于强相互作用下的前两个主导项，这对于确保鲁棒性和可靠性至关重要。然后，我们评估的SCF-ACM泛函的分子系统和原型强相关问题。我们发现，他们表现良好的总能量和电子密度和SCF轨道的影响是直接连接到ACM功能形式的准确性。对于H $_2$解离，SCF-ACM泛函相对于标准泛函产生显著的改进，这也要归功于对强耦合泛函使用新的GGA。
2022-09-07 cond-mat.other physics.chem-ph
Strongly Constrained and Appropriately Normed Semilocal Density Functional
当交换相关能作为密度的函数被半局部近似时，普通物质的基态能量、电子密度和相关性质可以被有效地计算。我们提出了第一个元GGA（元广义梯度近似），这是完全约束，遵守所有17个已知的确切的约束，元GGA可以。对于一组适当的范数，包括稀有气体原子和非键相互作用，它也是精确的或接近精确的。这种SCAN（强约束和适当赋范）元GGA实现了显着的准确性，系统的确切的交换相关孔是本地化附近的电子，特别是晶格常数和弱相互作用。
2015-06-23 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Thermodynamic extension of density-functional theory. III. Zero-temperature limit of the ensemble spin-density functional theory
本文研究了热力学自旋密度泛函理论的零温极限。平衡态密度算符的粗粒化方法用于描述平衡态。介绍了宏观态的特征函数，并研究了它们的零温极限。详细讨论了自旋巨正则系综的熵和能量表示。严格研究了这两种表示在0 K极限下的态函数变量之间的映射。在自旋正则系综中，研究了能面和不连续性。最后，基于0 K极限下态函数变量之间的映射，给出了零温极限下非整数电子数和自旋数系统的Hohenberg-Kohn定理。
2013-10-25 physics.chem-ph
Embedded density functional theory for covalently bonded and strongly interacting subsystems
嵌入式密度泛函理论（e-DFT）被用来描述强相互作用分子子系统的电子结构。我们提出了精确嵌入（EE）方法[J. Chem. Phys. 133，084103（2010）]的一般实现，以计算非加性动力学势（NAKP）在此类应用中的大贡献。势能曲线计算的Li+-Be，CH 3-CF 3，和氢键水簇的解离，和使用EE方法得到的e-DFT结果进行了比较与使用近似动能泛函。在所有情况下，EE方法保持良好的协议与参考Kohn-Sham计算，而近似泛函导致定性失败的计算能量和平衡结构。我们还证明了一个准确的成对近似NAKP，允许在大型系统中的EE方法的有效并行化;分子晶体的基准计算揭示了理想的，大小无关的缩放挂钟时间随着系统的大小。
2011-02-19 cond-mat.other physics.chem-ph
Simple Exchange-Correlation Energy Functionals for Strongly Coupled Light-Matter Systems based on the Fluctuation-Dissipation Theorem
最近在强耦合光物质系统的实验进展，引发了一般从头计算方法的发展能够描述相互作用的光物质系统的第一性原理。这些方法之一，量子电动力学密度泛函理论（QEDFT），承诺计算效率高的大型相关轻物质系统的计算质量取决于基本的近似交换相关功能。到目前为止，还没有真正的密度泛函近似，限制了理论的有效应用。在本文中，我们介绍了第一梯度为基础的密度泛函的QEDFT交换相关能量来自绝热连接涨落耗散定理。我们基准这种简单的实现近似的小系统中的光学腔，并证明其相对较低的计算成本的富勒烯分子高达C $_{180}$耦合到40万光子模式的耗散光学腔。这项工作现在使得在QEDFT框架内有效地结合量子光学与大规模电子结构理论的第一原理计算更大的系统成为可能。
2021-04-14 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Understanding the core limitations of second-order correlation-based functionals through: functional, orbital, and eigenvalue-driven analysis
本研究在密度泛函理论框架内评估了从头算泛函、绝热连接模型和双杂化泛函等三类二阶关联泛函的准确性与局限性，分析了参考轨道与特征值选择的影响，并提出了改进策略以指导未来泛函开发。
2025-03-07 physics.atom-ph physics.chem-ph
Photon Many-body Dispersion: an Exchange-correlation Functional for Strongly Coupled Light-matter Systems
City College of New York（纽约城市学院）；The Graduate Center, City University of New York（纽约市立大学研究生中心）；Flatiron Institute（平顿研究所）
本文提出了一种用于强耦合光子-物质系统的交换-关联泛函pMBD，能够准确描述强相互作用中的各向异性效应和范德瓦耳斯相互作用，并高效模拟复杂系统。
2024-04-07 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Intracule densities in the strong-interaction limit of density functional theory
密度泛函理论中的关联能可以精确地表示为当电子-电子相互作用乘以在0（Kohn-Sham系统）和1（物理系统）之间变化的实参数$λ$时，在给定距离$r_{12}$（胞内密度）处发现两个电子的概率的变化。在这个过程中，通常被称为绝热连接，单电子密度（理想情况下）保持固定的适当的局部单体势。虽然物理系统的精确的胞内密度只能从昂贵的基于波函数的计算中获得，但能够从Kohn-Sham成分开始构建良好的模型将大大提高密度泛函计算的准确性。为此，我们研究了绝热联系的$λ\to\infty$极限中的胞内密度。密度泛函理论的这种强相互作用极限，就像相反的无相互作用的科恩-沙姆极限一样，在数学上很简单，完全可以从单电子密度的知识中构造出来。我们在这里发展的理论框架，并使用精确的相关单电子密度，我们计算的强相互作用限制的几个原子的胞内密度。我们的结果与相应的Kohn-Sham和物理量的比较提供了有用的线索，建立近似的沿绝热连接的密度泛函理论的胞内密度。
2008-02-29 cond-mat.other physics.chem-ph
Combining density based dynamical correlation with a reduced density matrix strong correlation description
提出了一种结合密度和一阶约化密度矩阵（1 RDM）的泛函方法，用于计算分子多键离解的势能曲线。它的1 RDM功能的一部分，对密度泛函，有效地近似从头算对密度的完整的活性空间自洽场（CASSCF）方法。采用相应的顶对密度泛函近似，对密度泛函理论（DFT）中的一个关联泛函进行了双计数校正。用扩展的Löwdin-Shull（ELS）1 RDM泛函（含色散修正和多键修正）和ELS-DM修正DFT方法计算了N_2、H_2O和H_2CO分子中多键离解的PEC.此外，通过附加M修正，ELS-DM的DFT+M能很好地再现Lie和Clementi提出的N_2分子的PEC.
2020-07-06 physics.chem-ph quant-ph
Benchmarking and contrasting exchange-correlation functional differences in response to static correlation in unrestricted Kohn-Sham and a hybrid 1-electron reduced density matrix functional theory
本文系统基准测试了近200种LibXC交换关联泛函在混合KS-DFT与1-RDMFT框架中的表现，并与无限制KS-DFT对比，确定了最佳泛函并揭示了不同泛函对强关联的响应趋势。
2025-04-10 physics.chem-ph physics.comp-ph quant-ph
Strongly-Coupled Coulomb Systems using finite-$T$ Density Functional Theory: A review of studies on Strongly-Coupled Coulomb Systems since the rise of DFT and SCCS-1977
强耦合库仑系统会议（SCCS）起源于1977年召开的强耦合等离子体会议。SCCS理论的进展是在一个“以作者为中心”的框架，以限制其范围。我们的努力，即，与François Perrot合作，试图将密度泛函理论（DFT）应用于SCCS计算。密度泛函理论在那时已准备好成为凝聚态物理的主要计算方案。Salpeter等人的电离层模型发展成为有限$T$库仑系统的有用的平均原子模型，如Lieberman的Inferno代码。我们用相关球模型取代了这些模型，该模型利用与成对分布相关的密度泛函来描述物质。这些方法为研究强相互作用的电子-离子库仑系统，如热密物质（WDM）提供了实用的计算手段。SCCS的主要特点是范围广泛，即，状态方程、等离子体光谱、不透明度（吸收、发射）、散射、能级位移、传输性质，例如，这些计算需要赝势和交换相关泛函，适用于有限$T$库仑系统，可用于从头计算代码，分子动力学等。量子系统的经典映射，使用经典方案，如HNC，包括强耦合效应（CHNC）。Laughlin的分数量子霍尔效应（Fractional Hall effect，简称FHT）的经典等离子体图是一个开创性的例子，我们报告了石墨烯的新结果。
2014-12-21 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph physics.plasm-ph
A way of resolving the order-of-limit problem of Tao-Mo semilocal functional
最近强调的是，Tao-Mo（TM）[Phys. Rev. Lett. 117，073001（2016）]半局域交换相关能量泛函遭受极限阶问题，这影响了相变压力的泛函性能[J. Chem. Phys. 152，244112（2020）]。在紧密度和缓变密度之间切换的插值函数内固有的TM泛函的极限阶问题的根源。在本文中，我们提出了一个不同的开关函数，避免了限制的顺序问题，并正确地插入之间的紧凑的密度和缓慢变化的四阶密度校正。通过规避的顺序的限制问题，所提出的形式增强了适用性的原始TM功能上的不同性质的固态属性。我们的结论是确保通过检查功能在预测有关的通用固体，量子化学，和相变压力的性质。此外，我们还合理地讨论了极限阶数问题、相变压力和固体带隙之间的联系。
2020-08-13 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
