Hartree-Fock 氢基函数

计算科学 哈特里福克
2021-11-29 02:56:42

我有兴趣在一个项目的单个原子上运行 Hartree-Fock 计算,我试图找到更多关于如何实际运行它们的信息,而不仅仅是方程的推导。我发现的大部分内容都涉及模拟分子,但由于我只想做单个原子,我可以使用氢波函数作为基函数吗?它们看起来不错,因为它们都是正交的,并且计算重叠积分很容易。有理由不使用它们吗?

1个回答

简短回答:对于接近最优的表示,而不是库仑波函数,使用球谐函数作为角度部分,并在径向使用网格状表示。(“网格状”是指有限差分、搭配方法、离散变量表示或类似方法)。


长答案:求解 Hartree-Fock 方程的常用方法是根据电子积分实现的,即单粒子哈密顿量的矩阵表示hij和两粒子库仑相互作用gijkl(所有指数i,j,k,l逃离1达到 sp 基大小Nb)。

特别是,需要库仑相互作用张量来计算 Fock(或平均场)矩阵,从而确定计算总运行时间的很大一部分(连同解决特征值问题的线性代数任务)。因此,选择一个导致二电子积分尽可能稀疏表示的基是有利的。(在这方面,没有什么比网格状基础更好的了,它可以将两电子积分的大小减小到Nb2)。

另一方面,人们想要一个能够很好地代表问题的基础。对于原子,特别是对于基态计算,哈密顿量具有球对称性,因此球谐函数是理想的。sp-基础表示为

ϕklm=klmRklm(r)Ylm(θ,φ)

注意索引i成为一个多索引(klm).

这留下了径向部分Rklm(r)来确定。库仑函数在此处做出特定选择(仅取决于kl但不在m)。正如您所说,这导致正交基函数,这没关系,但对于关键的两粒子积分,什么也得不到。

类似网格的表示Rklm(r)在这里做得更好,因为它导致两电子积分仅取决于网格的大小(而不是指数的四次方)k在库仑波函数中)。这很重要,因为对于基态计算,角基可以保持很小,因此径向部分占主导地位。此外,对于大型网格,由于时间相关计算需要它们,这提供了巨大的优势。此外,可以利用自由调整网格的灵活性来获得更高的精度。

所以,这基本上是什么是最好的问题的答案。无论如何,通常从实现一般情况开始,一旦你到了那里,就继续使用库仑基。但是,作为下一步,也许考虑继续使用类似网格的表示。这是单粒子基础如何影响多粒子求解方法的一个很好的例子。

最后,Helgaker 等人的《分子电子结构理论》一书是 Hartree-Fock 计算(以及它们的实现)的一个很好的参考。看一看。