评估 Thomas-Fermi-von Weizsäcker 密度泛函中的误差来源
Assessing the source of error in the Thomas-Fermi-von Weizsäcker density functional
AI总结：
本研究通过数值实验发现，TFW无轨道密度泛函虽能获得接近Kohn-Sham的电子密度，但能量偏差显著，并证实该误差源于其对电子动能线性响应表示不佳。
摘要：
我们研究了 Thomas-Fermi-von Weizsäcker (TFW) 密度泛函相对于 Kohn-Sham 密度泛函理论 (DFT) 的误差来源。特别是，通过对多种材料的一系列处于应变和原子位移下的晶体结构进行数值研究，我们发现，尽管 TFW 无轨道 DFT 中的基态电子密度接近 Kohn-Sham 密度，但相应的能量却显著偏离 Kohn-Sham 值。我们证明，这些差异是 TFW 对电子动能近似中线性响应表示不佳的结果，从而证实了文献中的猜想。在此过程中，我们发现使用 TFW 电子基态密度进行的非自洽 Kohn-Sham 计算所得的能量，与完全自洽 Kohn-Sham 解所得的能量非常吻合。
英文摘要：
We investigate the source of error in the Thomas-Fermi-von Weizsäcker (TFW) density functional relative to Kohn-Sham density functional theory (DFT). In particular, through numerical studies on a range of materials, for a variety of crystal structures subject to strain and atomic displacements, we find that while the ground state electron density in TFW orbital-free DFT is close to the Kohn-Sham density, the corresponding energy deviates significantly from the Kohn-Sham value. We show that these differences are a consequence of the poor representation of the linear response within the TFW approximation for the electronic kinetic energy, confirming conjectures in the literature. In so doing, we find that the energy computed from a non-self-consistent Kohn-Sham calculation using the TFW electronic ground state density is in very good agreement with that obtained from the fully self-consistent Kohn-Sham solution.
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