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凝聚态物理 > 材料科学

arXiv:2507.08442 (cond-mat)
[提交于 2025年7月11日 (v1) ,最后修订 2025年7月22日 (此版本, v2)]

标题: 通过密度泛函依赖的核将非局部动能密度泛函扩展到孤立系统

标题: Extending Nonlocal Kinetic Energy Density Functionals to Isolated Systems via a Density-Functional-Dependent Kernel

Authors:Liang Sun, Mohan Chen
摘要: 在无轨道密度泛函理论框架下的王-泰特类似非定域动能密度泛函(KEDF),虽然在一些体系统中取得了成功,但当应用于孤立系统时会出现关键的Blanc-Cances不稳定现象[J. Chem. Phys. 122, 214106 (2005)],此时总能量变得无下限。我们将这种不稳定性归因于使用了定义不明确的平均电荷密度,这导致泛函同时违反了标度定律和泡利能量的正性。通过严格构建依赖于密度泛函的核,我们解决了这些病态问题,同时保持了原始框架的形式精确性。通过系统地对56种元素的单原子系统进行基准测试,我们发现所得的KEDF在保持计算效率的同时,相对于WT KEDF实现了数量级的准确性提升。此外,新的KEDF保留了WT在体金属中的优越准确性,在两种情况下都优于半局域泛函。
摘要: The Wang-Teter-like nonlocal kinetic energy density functional (KEDF) in the framework of orbital-free density functional theory, while successful in some bulk systems, exhibits a critical Blanc-Cances instability [J. Chem. Phys. 122, 214106 (2005)] when applied to isolated systems, where the total energy becomes unbounded from below. We trace this instability to the use of an ill-defined average charge density, which causes the functional to simultaneously violate the scaling law and the positivity of the Pauli energy. By rigorously constructing a density-functional-dependent kernel, we resolve these pathologies while preserving the formal exactness of the original framework. By systematically benchmarking single-atom systems of 56 elements, we find the resulting KEDF retains computational efficiency while achieving an order-of-magnitude accuracy enhancement over the WT KEDF. In addition, the new KEDF preserves WT's superior accuracy in bulk metals, outperforming the semilocal functionals in both regimes.
评论: 5页,4图
主题: 材料科学 (cond-mat.mtrl-sci) ; 化学物理 (physics.chem-ph); 计算物理 (physics.comp-ph)
引用方式: arXiv:2507.08442 [cond-mat.mtrl-sci]
  (或者 arXiv:2507.08442v2 [cond-mat.mtrl-sci] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.08442
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Liang Sun [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2025 年 7 月 11 日 09:34:34 UTC (1,142 KB)
[v2] 星期二, 2025 年 7 月 22 日 12:40:47 UTC (3,764 KB)
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