量子电动力学密度矩阵泛函理论及其解的群论考虑

Simple Exchange-Correlation Energy Functionals for Strongly Coupled Light-Matter Systems based on the Fluctuation-Dissipation Theorem

Recent experimental advances in strongly coupled light-matter systems has sparked the development of general ab-initio methods capable of describing interacting light-matter systems from first principles. One of these methods, quantum-electrodynamical density-functional theory (QEDFT), promises computationally efficient calculations for large correlated light-matter systems with the quality of the calculation depending on the underlying approximation for the exchange-correlation functional. So far no true density-functional approximation has been introduced limiting the efficient application o…

具有近似密度泛函的基本能隙：从系综考虑揭示的导数不连续性

Fundamental gaps with approximate density functionals: the derivative discontinuity revealed from ensemble considerations

基本能隙是物质电子结构中的一个中心量。不幸的是，即使在原则上，基本能隙也通常不等于密度泛函理论（DFT）的Kohn-Sham能隙。这两个差距的不同，正是由衍生物的不连续性，即，在斜率的交换相关（xc）能量作为电子数的函数，预计在一个整数电子点的突然变化。流行的近似泛函被认为是缺乏一个衍生物的不连续性，强烈损害其性能的光谱性质的预测。在这里，我们表明，事实上，所有的交换相关泛函具有衍生物的不连续性，这自然产生于DFT内的合奏考虑的应用程序，没有任何dichloricism。这种导数不连续性可以用封闭形式表示，只使用在中性系统的标准DFT计算过程中获得的量。对于小的，有限的系统，除了这个衍生物的不连续性确实导致在一个大大改善的预测的基本差距，即使是基于最简单的近似交换相关密度泛函-局域密度近似（LDA）。对于固体，同样的方案在原则上是精确的，但当应用于LDA时，它会导致导数不连续性校正消失。这种失败被证明是直接相关的LDA在预测的总能量差在扩展系统中的基本差距的失败。

密度-势映射的结构 第二部分：包含磁场

The structure of the density-potential mapping. Part II: Including magnetic fields

本文系统考察了Hohenberg-Kohn定理在含磁场的DFT扩展中的适用性，重点分析顺磁CDFT及其反例问题，并探讨了Moreau-Yosida正则化及Maxwell-Schrödinger DFT和量子电动力学DFT的相关见解。

空穴中的原子和分子：从弱耦合到强耦合的QED化学

Atoms and Molecules in Cavities: From Weak to Strong Coupling in QED Chemistry

在这项工作中，我们提供了一个概述如何在量子化学和材料科学领域的既定概念必须适应时，光的量子性质变得重要的相关物质光子问题。因此，我们分析模型系统中的光学腔，其中的物质-光子相互作用被认为是从弱到强的耦合限制和单个光子模式以及多模的情况下。我们确定了玻恩-奥本海默表面的根本变化，光谱量，锥形交叉和量子控制的效率。最后，我们应用我们的新的最近开发的量子电动力学密度泛函理论的单光子发射，并显示一个简单的近似准确地描述了相关的电子-光子动力学。这为从第一性原理描述物质-光子相互作用铺平了道路，并解决了化学和材料科学中新物质状态的出现。

影响蛋白质分子HOMO-LUMO能隙计算的静电因素

Electrostatic considerations affecting the calculated HOMO-LUMO gap in protein molecules

详细研究了蛋白质体系和水分子团簇中最高占据和最低未占据分子轨道（HOMO-LUMO能隙）之间的能量差。最近的工作质疑Kohn-Sham密度泛函理论对蛋白质和大的水簇的适用性（E。Rudberg，J. Phys.：康登斯Mat. 2012，24，072202）已经证明了这些系统的HOMO-LUMO间隙消失，这通常归因于所用泛函中交换的处理。目前的工作表明，消失的差距，事实上，用于准备系统的方法的静电文物。当系统尺寸增加时，确保间隙保持的实用解决方案被证明。这项工作具有重要意义的大规模密度泛函理论在生物分子系统中的使用，特别是在模拟的光发射，光吸收和电子输运，所有这些都严重依赖于分子轨道的能量之间的差异。

A perspective on ab initio modeling of polaritonic chemistry: The role of non-equilibrium effects and quantum collectivity

This perspective provides a brief introduction into the theoretical complexity of polaritonic chemistry, which emerges from the hybrid nature of strongly coupled light-matter states. To tackle this complexity, the importance of ab initio methods is highlighted. Based on those, novel ideas and research avenues are developed with respect to quantum collectivity, as well as for resonance phenomena immanent in reaction rates under vibrational strong coupling. Indeed, fundamental theoretical questions arise about the mesoscopic scale of quantum-collectively coupled molecules, when considering the d…

Models and corrections: range separation for electronic interaction -- lessons from density functional theory

Model Hamiltonians with long-range interaction yield energies that are corrected taking into account the universal behavior of the electron-electron interaction at short range. Although the intention of the paper is to explore the foundations of using density functionals combined with range separation, the approximations presented can be used without them, as illustrated by a calculation on Harmonium. In the regime when the model system approaches the Coulomb system, they allow the calculation of ground states, excited states, and properties, without making use of the Hohenberg-Kohn theorem. A…

迈向更优越的范德瓦尔密度泛函用于分子晶体

Towards superior van der Waals density functionals for molecular crystals

本文提出了一种结合DF1和DF2类型的vdW泛函计算方案，用于改进分子晶体和其他稀疏材料的理论描述和预测。

光腔中实分子的从头算优化有效势：光子对分子基态的贡献

Ab-initio Optimized Effective Potentials for Real Molecules in Optical Cavities: Photon Contributions to the Molecular Ground state

我们引入了一个简单的计划，有效地计算光子交换相关的贡献，由于耦合到横向光子制定的新发展的量子电动力学密度泛函理论（QEDFT）。我们的结构采用了优化有效势（OEP）的方法，通过Sternheimer方程，以避免明确的计算未占用的状态。我们证明了该计划的效率，通过将其应用到一个完全可解的GaAs量子环模型系统，一个单一的甘菊环分子，和链的钠二聚体，所有位于光学腔，并在全实空间中描述。虽然第一个例子是一个二维系统，并允许基准采用的近似，后两个例子表明，相关的电子-光子相互作用明显扭曲的基态电子结构的一个真正的分子。通过使用这个方案，我们不仅构建了典型的电子可观测量，如电子基态密度，但也说明了如何光子可观测量，如光子数，和混合的电子-光子可观测量，如电子-光子关联函数，成为可访问的DFT框架。这项工作构成了第一个三维从头计算在新的QEDFT形式主义，从而开辟了一个新的计算路线的从头计算量子腔中的相关电子-光子系统。

密度泛函共振理论：复密度函数，收敛，轨道能量和泛函

Density Functional Resonance Theory: complex density functions, convergence, orbital energies, and functionals

密度泛函共振理论（DFRT）的方面[物理评论快报。\textbf{107}，163002（2011）]，一个最近发展的基态密度泛函理论的复标度版本，进行了详细的研究。复密度函数的渐近行为与复共振能和系统的阈值能有关，而复密度函数的局域振荡行为则与电子衰减的优先方向有关。实现的理论的实际考虑，包括复杂的缩放参数，$θ$的敏感性。在Kohn-Sham DFRT中，它表明，几乎所有的$θ$依赖于计算的能量和寿命可以通过使用适当的基组或细网格熄灭。最高占据的Kohn-Sham轨道能量和寿命与一个物理亲和力和宽度有关，并且Kohn-Sham系统的阈值能量被证明等于相互作用系统的阈值能量被一个定义明确的泛函移动。最后，通过适当的标度因子和一个非厄米耦合常数系统，导出了将基态DFT的泛函与DFRT的泛函联系起来的各种复标度条件。

再论近似密度泛函的分段线性性：对前线轨道能量的意义

Piecewise Linearity of Approximate Density Functionals Revisited: Implications for Frontier Orbital Energies

在精确的Kohn-Sham密度泛函理论（DFT）中，总能量与电子数的关系是一系列整数点之间的线性段。然而，通常使用的近似密度泛函产生的总能量不表现出这种分段线性行为。因此，电离势定理，等同于电离势的最高占用本征值，是严重违反。在这里，我们表明，与传统的智慧，大多数所需的分段线性的任意近似密度泛函可以恢复仔细考虑DFT的集成推广。此外，由此产生的配方介绍了所需的衍生物不连续的任何近似的交换相关功能，即使是一个明确的密度依赖。这为计算电离势和电子亲和势打开了大门，即使没有明确的电子去除或添加。所有这些进步都是在既不引入装饰主义也不改变基本功能形式的情况下实现的。该方法的权力证明基准系统使用局部密度近似作为一个说明性的例子。