Austausch-Korrelationsfunktionale in Festkörpern

01.01.2008 - 31.12.2010
Forschungsförderungsprojekt
Heute basieren die meisten theoretischen Methoden zur Berechnung der elektronischen Struktur von Molekülen, Oberflächen und Festkörpern auf der Dichtefunktionaltheorie (DFT) und den resultierenden Kohn-Sham Gleichungen. Leider ist der genaue analytische Ausdruck für das Austausch-Korrelations-Funktional nicht bekannt und muss angenähert werden. Die Zuverlässigkeit einer solchen Kohn-Sham Rechnung hängt i) von der numerischen Genauigkeit mit der diese Gleichungen gelöst werden und ii) der verwendeten Näherung für die Austausch-Korrelations Energie ab. Zur Lösung der Kohn-Sham Gleichungen verwenden wir den WIEN2k code, der mit einem flexiblen ¿all-electron¿ (L)APW+lo Basissatz eine der genauesten Methoden für Festkörperberechnungen darstellt. Er wird weltweit von über 1100 Gruppen verwendet. Andererseits wird damit aber auch klar, dass die Suche nach besseren Näherungen für die Austausch-Korrelations Energie ein intensives Feld der Forschung in der Chemie und Physik ist. Das Hauptziel dieses Forschungsantrags ist daher die Entwicklung, Implementation und das Testen von hoch entwickelten Austausch-Korrelations-Funktionalen. Insbesondere planen wir den Hartree-Fock-Austausch in den WIEN2k Code einzubauen und, darauf basierend, verschiedene Hybridfunktionale für Festkörper zu testen. In den letzten Jahren wurden einige Hybrid-Funktionale vorgeschlagen und teilweise konnten sehr genaue Resultate für Eigenschaften wie Geometrie und Struktur von Festkörpern (insbesondere Halbleiter und ¿hoch-korrelierte¿ Systeme) erhalten werden. In vielen Fällen sind die Ergebnisse besser als mit der standard LDA oder GGA Näherung. Ein anderer Teil des Projektes beschäftigt sich mit der Entwicklung von genaueren Funktionalen vom GGA oder meta-GGA Typ. Solche GGA Funktionale sind noch immer die am weitest verbreiteten Funktionale, insbesondere weil sie leicht zu Implementieren sind und nur geringen Rechenaufwand benötigen. Verschiedene neuere Arbeiten haben gezeigt, dass eine Verbesserung der GGA möglich sein sollte. Eine genaue Analyse der Resultate soll uns zu verstehen erlauben, warum eine bestimmte GGA Näherung für eine Klasse von Elementen (Verbindungen) besser funktioniert als für eine andere. Schließlich sollen auch nicht-kovalente Wechselwirkungen studiert werden. Es ist bekannt, dass deren genaue Beschreibung in der Kohn-Sham Methode besonders schwierig ist. Verschiedene Näherungen für entsprechende Funktionale wurden vorgeschlagen, einige davon ¿nicht-lokal¿, andere mit einfacher (aber empirischer) Form. Die meisten Arbeiten behandeln allerdings Moleküle und Anwendungen in Festkörpern sind selten. Wir planen verschiedene vorgeschlagene Funktionale in WIEN2k zu implementieren und sie an Festkörpern zu testen in denen diese nicht-kovalenten Wechselwirkungen besonders wichtig sind.

Personen

Projektleiter_in

Projektmitarbeiter_innen

Institut

Förderungmittel

  • FWF - Österr. Wissenschaftsfonds (National) Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF)

Forschungsschwerpunkte

  • Non-metallic Materials: 5%
  • Quantum Modeling and Simulation: 80%
  • Computational Materials Science: 10%
  • Materials Characterization: 5%

Schlagwörter

DeutschEnglisch
DichtefunktionaltheorieDensity Functional Theory
Hartree-FockHartree-Fock
Hybrid-FunktionaleHybrid-Functionals
WIEN2kWIEN2k

Publikationen