Development of the nonlocal kinetic-energy density functional utilizing the response function on the energy coordinate as its kernel

以能量坐标上的响应函数为核的非局域动能密度泛函的发展

基本信息

批准号：
22K12055
负责人：
高橋英明
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

KohnとShamによる密度汎関数法(KS-DFT)は密度汎関数理論(DFT)の実践的な方法論であり，化学や物理，工学など様々な分野で応用されている。KS-DFTの最も重要な特徴は電子の運動エネルギーを電子密度の汎関数ではなく１電子波動関数によって計算することにある。しかし，軌道の導入によってKS軌道間の直交性を維持する為の計算が必要になり、計算コストは電子数の２乗に比例して増大する。仮に精度の高い運動エネルギー汎関数が利用可能なら，DFTの計算コストは実質的に Order-Nとなる。本研究は、Wang-Teterらが提唱する運動エネルギー汎関数の非局所項に発想のきっかけを得て、課題実施者が独自に開発した新規なDFTの理論をベースとする非局所運動エネルギー汎関数を開発するものである。汎関数開発の理論的指針は以下の通り。電子密度がn0であるような参照系について、その運動エネルギーポテンシャルが与えられているとし、電子密度nのn0からのずれdnに対して、運動エネルギーポテンシャルをTaylor展開する。この時、DFTの基礎理論により、dnについて一次の項の係数に参照系の応答関数の逆関数が現れる。本課題実施者は、本人が開発したエネルギー座標を変数とする電子の密度汎関数理論に則って、この応答関数やその逆関数をエネルギー座標上の２次元の関数に射影した。この関数によれば、興味ある系の応答関数の性質を損なうことなくその次元を下げることが可能である。課題実施者は、参照系の運動エネルギーポテンシャルが正確に分かっている原子系や水素分子に対して上記の理論を適用し、その運動エネルギーをKS-DFTの結果と比較した。これらの比較により、本研究の結果がKS-DFTの結果を極めて良く再現することが分かった。

Kohn和Sham的密度功能方法（KS-DFT）是一种实用的密度功能理论（DFT）的方法，并且已应用于包括化学，物理和工程在内的各个领域。 KS-DFT的最重要特征是电子的动能是通过单电子波函数而不是电子密度的功能来计算的。但是，正交轨迹的引入需要计算以维持KS轨道之间的正交性，并且计算成本与电子数量的平方成比例增加。如果具有高度准确的动能功能，则DFT的计算成本本质上是订单-N。这项研究的灵感来自Wang-Teter等人提出的动能功能的非局部项，并根据由任务实施者独立开发的新型DFT理论开发了非局部动能功能。功能发展的理论指南如下：假设具有N0的电子密度的参考系统具有动能电位，并且动能电位通过Taylor在N0的电子密度N的偏差DN方面扩展。目前，根据DFT的基本理论，参考系统的响应函数的逆函数出现在DN的第一阶项的系数中。该任务的实施者将该响应函数及其逆函数投射到能量坐标上的二维函数上，这是根据该人本人已经开发的电子的密度功能理论，该功能理论将能量坐标作为变量。此功能允许降低维度，而不会损害目标系统响应函数的性质。任务执行者将上述理论应用于原子系统和氢分子，其中参考系统的动能电位是准确已知的，并将动能与KS-DFT的结果进行了比较。这些比较表明，这项研究的结果很好地再现了KS-DFT的结果。

项目成果

期刊论文数量（4）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Development of nonlocal kinetic-energy density functional for the hybrid QM/MM interaction

混合 QM/MM 相互作用的非局域动能密度泛函的开发

DOI：
10.1063/5.0128147
发表时间：
2023
期刊：
The Journal of Chemical Physics
影响因子：
0
作者：
Shintaro Kawahara;Hideo Miyachi;Takahashi Hideaki
通讯作者：
Takahashi Hideaki

QM/MM法と溶液の理論の融合による凝縮系の化学過程の自由エネルギー計算(22)

QM/MM方法与溶液理论相结合的凝聚态化学过程自由能计算（22）

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
分子シミュレーション学会誌「アンサンブル」
影响因子：
0
作者：
何其歓，杉村博，田中哲雄，松本一教;高橋英明
通讯作者：
高橋英明

電子の運動エネルギー密度汎関数の理論開発とその実装

电子动能密度泛函的理论发展及其实现

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
何其歓，杉村博，田中哲雄，松本一教;高橋英明;高橋英明
通讯作者：
高橋英明

Development of kinetic energy density functional using response function defined on the energy coordinate

使用能量坐标上定义的响应函数开发动能密度函数

DOI：
10.1002/qua.26969
发表时间：
2022
期刊：
International Journal of Quantum Chemistry
影响因子：
2.2
作者：
Takahashi Hideaki
通讯作者：
Takahashi Hideaki

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选择性硬膜外前床突切除术的手术解剖学和手术的有效修改

DOI：
发表时间：
2004
期刊：
Minim. Invasive. Neurosurg. 47・6
影响因子：
0
作者：
Yoshimori A;et al.;Takahashi H;高橋英明;Genkai N;宇塚岳夫;高橋英明;藪原忠雄;高橋英明;加藤和夫;Uzuka T;Aoki H;加藤和夫;加藤和夫;Jin D.;Hori F.;Li F.;Shibata T.;Asahi T.;Li F.;Hirashima Y.;Nagai S.;Hamada H.;Hori E.;Hirashima Y.;Ichsan A.M.;Nishikata M.;Nagahori T.;Endo S.;Hamada H.;Kurosaki K.;Kurimoto M.;Kamiyama H.;Hayashi N.
通讯作者：
Hayashi N.