物理学 > 化学物理
[提交于 2025年2月7日
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标题: 扩散基组的困境:准确性的祝福,但对稀疏性而言却是一场灾难
标题: The Conundrum of Diffuse Basis Sets: A Blessing for Accuracy yet a Curse for Sparsity
摘要: 扩散的原子轨道基组已被证明对于获得准确的相互作用能至关重要,尤其是在非共价相互作用方面。 然而,它们也对单粒子密度矩阵(1-PDM)的稀疏性产生了有害的影响,这种影响程度比仅由基函数的空间范围所能解释的要强。 尽管如此,绝缘体(具有显著HOMO-LUMO间隙的系统)的1-PDM矩阵元预计会随着远离对角线的实空间距离呈指数衰减,且渐近衰减率预计有一个明确的基组极限。 观察到的1-PDM低稀疏性似乎与表示方式无关,甚至在将1-PDM投影到实空间网格后仍然存在,这导致得出结论:这种“稀疏性诅咒”仅仅是基组的人工产物,出乎意料的是,它在更大的基组中变得更糟,似乎与一个明确的基组极限概念相矛盾。 我们表明,这是由于反变基函数的局部性较低,如逆重叠矩阵$\mathbf{S}^{-1}$所量化,其稀疏性明显低于其协变对偶。 通过引入一个无限非相互作用氦原子链的模型系统,我们能够量化指数衰减率与基组的扩散性和局部不完整性成正比,这意味着小而扩散的基组受影响最大。 最后,我们提出了一种解决方案,即结合互补辅助基组(CABS)单修正和紧凑的低l量子数基组,显示出在非共价相互作用中的良好前景。
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