物理化学学报 >> 2016, Vol. 32 >> Issue (9): 2197-2208.doi: 10.3866/PKU.WHXB201605301

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最优化“调控”区间分离密度泛函理论的研究进展

孙海涛1,*(),钟成2,*(),孙真荣1   

  1. 1 华东师范大学物理与材料科学学院,精密光谱科学与技术国家重点实验室,上海200062
    2 武汉大学化学与分子科学学院,武汉430072
  • 收稿日期:2016-03-31 发布日期:2016-09-08
  • 通讯作者: 孙海涛,钟成 E-mail:htsun@phy.ecnu.edu.cn;zhongcheng@whu.edu.cn
  • 作者简介:孙海涛,1987年生。2014年博士毕业于华东理工大学材料物理系,2012-2016年分别在美国纽约州立大学布法罗分校,沙特阿卜杜拉国王科技大学,华东师范大学进行博士联合培养和博士后研究,现为华东师范大学精密光谱科学与技术国家重点实验室专任副研究员。主要研究方向为最优调控区间分离密度泛函方法的发展及应用|钟成,1982年生。2009年博士毕业于武汉大学化学系,毕业后在武汉大学化学与分子科学学院有机化学研究所担任讲师,2012年在香港科技大学化学系,2014-2016年在沙特阿卜杜拉国王科技大学从事博士后研究。主要研究方向为有机光电材料领域的计算化学模拟及理论研究|孙真荣,1967年生。1990年毕业于苏州大学化学系并获学士学位,1993年毕业于华东师范大学化学系并获硕士学位,1998年毕业于华东师范大学物理学系并获博士学位。现为华东师范大学物理与材料科学学院教授、博士研究生导师。主要研究方向为复杂分子体系超快光场量子操控和新型非线性光学材料的研究
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(11474096);国家自然科学基金(51203121);国家自然科学基金(21603074);中国博士后科学基金(2014M561435)

Recent Advances in the Optimally "Tuned" Range-Separated Density Functional Theory

Hai-Tao SUN1,*(),Cheng ZHONG2,*(),Zhen-Rong SUN1   

  1. 1 State Key Laboratory of Precision Spectroscopy, School of Physics and Materials Science, East China Normal University, Shanghai 200062, P. R. China
    2 College of Chemistry and Molecular Sciences, Wuhan University, Wuhan 430072, P. R. China
  • Received:2016-03-31 Published:2016-09-08
  • Contact: Hai-Tao SUN,Cheng ZHONG E-mail:htsun@phy.ecnu.edu.cn;zhongcheng@whu.edu.cn
  • Supported by:
    the National Natural Science Foundation of China(11474096);the National Natural Science Foundation of China(51203121);the National Natural Science Foundation of China(21603074);China Postdoctoral Science Foundation(2014M561435)

摘要:

发展精确、高效的交换-关联泛函一直是密度泛函理论工作者所追求的神圣目标。传统密度泛函被证实在计算原子或分子体系的某些基态和激发态性能时存在困难,而且预测不具有普适性;另一方面,一些高水平方法如耦合簇(CC)理论和基于格林函数(G)和屏蔽库仑作用(W)近似的多体微扰理论(MBPT),尽管相对精确但往往需要消耗昂贵的计算成本,因而其研究体系的尺寸和实用性受到了很大的限制。近年来,“最优化”调控区间分离泛函的发展在一定程度上使得上述问题得到改善,尤其是在消耗较少的计算成本前提下能够达到与高水平方法相媲美的预测精度,引起了越来越多的关注。本文首先简要回顾了密度泛函领域的理论背景,在区间分离密度泛函理论的基础上,重点介绍了最优化“调控”的概念;并且结合近期的理论工作对其在实际计算时的表现进行评价;最后,就最优化“调控”方法的前景和应用进行了展望。

关键词: 密度泛函理论, 含时密度泛函理论, 最优化调控区间分离泛函, 带隙

Abstract:

It is the goal of density functional theory (DFT) researchers to develop the functional formalism of exchange-correlation (XC) with high accuracy and efficiency. Conventional functionals have issues when predicting the properties of the ground and excited states of atomic and molecular systems, and they do not show universal predictions. On the other hand, high-level theory methods such as the couple-cluster (CC) method and many-body perturbation theory (MBPT) based on GW (i.e., the dressed Green's function (G) and the dynamically screened Coulomb interaction (W)) approximation require very expensive computational cost and therefore the size of the systems studied and the practicability are limited. Recently, the optimally tuned range-separated (RS) functional has been developed to partly alleviate the above issues and has attracted great attention because it can achieve a level of accuracy comparable to the high-level method but with low computational cost. In this review, we first provide an overview of the theory in this field and then introduce the optimal tuning concept based on the RS functional. We combine the recent theoretical studies to evaluate their performance in practical calculations. Finally, we give some prospects for the future development and application of the optimally tuned approach.

Key words: Density functional theory, Time-dependent density functional theory, Optimally-tuned rangeseparated functional, Band gap

MSC2000: 

  • O641