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赝势-密度泛函理论中采用傅里叶变换进行部分芯校正的准确性

DOI：10.1021/acs.jctc.8b00820 期刊：Journal of Chemical Theory and Computation 出版年份：2018 更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要： 部分芯层修正对于准确描述非线性交换关联泛函以及提高赝势的可移植性具有重要意义。我们发现一种广泛采用的方法——先在傅里叶空间计算部分芯层电荷密度ρcore partial，再通过快速傅里叶变换转换到实空间——会导致真空区域的交换关联势出现显著数值误差。这种误差在利用超胞模拟低维材料或表面时会出现。精度损失源于芯层电荷密度在倒易空间中衰减缓慢的特性。赝势-密度泛函计算中未占据态的Kohn-Sham能量可能出现约1电子伏特的数值误差。直接在实空间计算部分芯层电荷可避免傅里叶变换导致的数值误差。
作者： Weiwei Gao，James R. Chelikowsky
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究在赝势-密度泛函理论中采用傅里叶变换计算部分芯电荷密度时引入的数值误差，并提出避免这些误差的解决方案。

研究成果

该研究表明，采用傅里叶变换在实空间网格中计算部分芯电荷密度的常用方法，可能导致交换关联势出现高达1电子伏特的显著数值误差。问题源于部分芯电荷在倒易空间中的缓衰减特性。研究建议在截断半径rcore的球体内使用更平滑的部分芯电荷函数，或直接在实空间网格中计算部分芯电荷ρcore partial以避免此问题。

研究不足

使用傅里叶变换和不足的平面波截断所导致的问题仅出现在包含大真空区域的体系计算中（如低维材料和体材料表面），并影响那些在真空区域具有较大成分的未占据态能量。误差大小因体系不同而存在很大差异。

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