กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 5 นาที

ฟังก์ชันไฮบริด

การเปลี่ยนเส้นทางที่สามารถพิมพ์ได้/เปลี่ยนทางจากอักษรย่อ/เปลี่ยนทางจากหัวข้อย่อย/เปลี่ยนเส้นทางไปยังส่วนต่างๆ

ฟังก์ชันไฮบริดเป็นกลุ่มของการประมาณค่าฟังก์ชันพลังงานการแลกเปลี่ยน- ความ สัมพันธ์ในทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่น (DFT)

ฟังก์ชันไฮบริด

ฟังก์ชันไฮบริดเป็นกลุ่มของการประมาณค่าฟังก์ชันพลังงานการแลกเปลี่ยน- ความ สัมพันธ์ในทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่น (DFT) ซึ่งรวมส่วนหนึ่งของการแลกเปลี่ยนที่แม่นยำจากทฤษฎีฮาร์ทรี-ฟ็อคเข้ากับพลังงานการแลกเปลี่ยน-ความสัมพันธ์ที่เหลือจากแหล่งอื่น ( ab initioหรือเชิงประจักษ์) ฟังก์ชันพลังงานการแลกเปลี่ยนที่แม่นยำนั้นแสดงในรูปของออร์บิทัลของ Kohn-Shamแทนที่จะเป็นความหนาแน่น ดังนั้นจึงเรียกว่า ฟังก์ชันความ หนาแน่นโดยปริยาย หนึ่งในเวอร์ชันที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุดคือ B3LYP ซึ่งย่อมาจาก " Becke , 3-parameter, Lee– YangParr "

ต้นทาง

แนวทางไฮบริดในการสร้างการประมาณฟังก์ชันความหนาแน่นได้รับการแนะนำโดยAxel Beckeในปี 1993 [ 1 ] การผสมผสานกับการแลกเปลี่ยน Hartree–Fock (HF) (เรียกอีกอย่างว่าการแลกเปลี่ยนที่แม่นยำ) นำเสนอแผนการที่เรียบง่ายสำหรับการปรับปรุงการคำนวณคุณสมบัติโมเลกุลหลายอย่าง เช่นพลังงานการแตกตัวเป็นอะตอมความยาวพันธะและความถี่การสั่นซึ่งมักจะอธิบายได้ไม่ดีนักด้วยฟังก์ชัน "ab initio" แบบง่ายๆ[ 2 ]

วิธี

โดยทั่วไปแล้ว ฟังก์ชันแลกเปลี่ยน-ความสัมพันธ์แบบไฮบริดจะถูกสร้างขึ้นจากผลรวมเชิงเส้นของฟังก์ชันแลกเปลี่ยนที่แม่นยำของ Hartree–Fock

อีxเอชเอฟ=12ฉัน,เจψฉัน*(1)ψเจ*(2)112ψเจ(1)ψฉัน(2)12{\displaystyle E_{\text{x}}^{\text{HF}}=-{\frac {1}{2}}\sum _{i,j}\iint \psi _{i}^{*}(\mathbf {r} _{1})\psi _{j}^{*}(\mathbf {r} _{2}){\frac {1}{r_{12}}}\psi _{j}(\mathbf {r} _{1})\psi _{i}(\mathbf {r} _{2})\,d\mathbf {r} _{1}\,d\mathbf {r} _{2}}

และฟังก์ชันความหนาแน่นที่ชัดเจนของการแลกเปลี่ยนและความสัมพันธ์จำนวนใดๆ พารามิเตอร์ที่กำหนดน้ำหนักของฟังก์ชันแต่ละตัวมักจะระบุโดยการปรับการคาดการณ์ของฟังก์ชันให้เข้ากับข้อมูลเทอร์โมเคมีเชิงทดลองหรือที่คำนวณได้อย่างแม่นยำ แม้ว่าในกรณีของ "ฟังก์ชันการเชื่อมต่อแบบอะเดียแบติก" น้ำหนักสามารถกำหนดไว้ล่วงหน้าได้[ 2 ]

บี3ลีป

ตัวอย่างเช่นฟังก์ชันแลกเปลี่ยน-สหสัมพันธ์ B3LYP (Becke, [ 3 ] 3-parameter, [ 4 ] Lee–Yang–Parr) [ 5 ] ที่ได้รับความนิยมคือ

อีเอ็กซ์ซีบี3ลีป=(1เอ)อีxแอลเอสดีเอ+เออีxเอชเอฟ+อีxบี+(1)อีแอลเอสดีเอ+อีLYP,{\displaystyle E_{\text{xc}}^{\text{B3LYP}}=(1-a)E_{\text{x}}^{\text{LSDA}}+aE_{\text{x}}^{\text{HF}}+b\vartriangle E_{\text{x}}^{\text{B}}+(1-c)E_{\text{c}}^{\text{LSDA}}+cE_{\text{c}}^{\text{LYP}},}

ที่ไหนเอ=0.20{\displaystyle a=0.20},=0.72{\displaystyle b=0.72}, และ=0.81{\displaystyle c=0.81}. อีxบี{\displaystyle E_{\text{x}}^{\text{B}}}เป็นการประมาณค่าเกรเดียนต์ทั่วไป : ฟังก์ชันแลกเปลี่ยน Becke 88 [ 6 ]และฟังก์ชันสหสัมพันธ์ของ Lee, Yang และ Parr [ 7 ]สำหรับ B3LYP และอีแอลเอสดีเอ{\displaystyle E_{\text{c}}^{\text{LSDA}}}VWN (Vosko, Wilk และ Nusair 1980 Correlation functional) คือการประมาณความหนาแน่นสปินเฉพาะที่ของฟังก์ชันสหสัมพันธ์[ 8 ]

พารามิเตอร์ทั้งสามที่กำหนด B3LYP ได้รับการนำมาโดยไม่มีการแก้ไขจากการปรับฟังก์ชัน B3PW91 ดั้งเดิมของ Becke ให้เข้ากับชุดพลังงานอะตอม ศักยภาพการแตกตัวเป็นไอออน ความสัมพันธ์ของโปรตอน และพลังงานอะตอมทั้งหมด[ 9 ]

พีบีอี0

ฟังก์ชัน PBE0 [ 2 ] [ 10 ] ผสมผสานพลังงานการแลกเปลี่ยน Perdew–Burke–Ernzerhof (PBE) และพลังงานการแลกเปลี่ยน Hartree–Fock ในอัตราส่วน 3:1 พร้อมกับพลังงานความสัมพันธ์ PBE เต็มรูปแบบ:

อีเอ็กซ์ซีพีบีอี0=14อีxเอชเอฟ+34อีxพีบีอี+อีพีบีอี,{\displaystyle E_{\text{xc}}^{\text{PBE0}}={\frac {1}{4}}E_{\text{x}}^{\text{HF}}+{\frac {3}{4}}E_{\text{x}}^{\text{PBE}}+E_{\text{c}}^{\text{PBE}},}

ที่ไหนอีxเอชเอฟ{\displaystyle E_{\text{x}}^{\text{HF}}}คือฟังก์ชันแลกเปลี่ยนที่แม่นยำของ Hartree–Fockอีxพีบีอี{\displaystyle E_{\text{x}}^{\text{PBE}}}ระบบแลกเปลี่ยน PBE ใช้งานได้หรือไม่ และอีพีบีอี{\displaystyle E_{\text{c}}^{\text{PBE}}}คือฟังก์ชันสหสัมพันธ์ PBE [ 11 ]

เอชเอสอี

ฟังก์ชันการแลกเปลี่ยน-ความสัมพันธ์ HSE (Heyd–Scuseria–Ernzerhof) [ 12 ]ใช้ศักยภาพคูลอมบ์ที่ถูกคัดกรองด้วยฟังก์ชันข้อผิดพลาดเพื่อคำนวณส่วนการแลกเปลี่ยนของพลังงานเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการคำนวณ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับระบบโลหะ:

อีเอ็กซ์ซีωพีบีเอช=เออีxHF,SR(ω)+(1เอ)อีxพีบีอี,เอสอาร์(ω)+อีxพีบีอี,แอลอาร์(ω)+อีพีบีอี,{\displaystyle E_{\text{xc}}^{\omega {\text{PBEh}}}=aE_{\text{x}}^{\text{HF,SR}}(\omega )+(1-a)E_{\text{x}}^{\text{PBE,SR}}(\omega )+E_{\text{x}}^{\text{PBE,LR}}(\omega )+E_{\text{c}}^{\text{PBE}},}

ที่ไหนเอ{\displaystyle a}คือพารามิเตอร์การผสม และω{\displaystyle \omega }เป็นพารามิเตอร์ที่ปรับได้ซึ่งควบคุมระยะการโต้ตอบในระยะสั้น ค่ามาตรฐานของเอ=1/4{\displaystyle a=1/4}และω=0.2{\displaystyle \omega =0.2}(โดยทั่วไปเรียกว่า HSE06) ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าให้ผลลัพธ์ที่ดีสำหรับระบบส่วนใหญ่ ฟังก์ชันแลกเปลี่ยน-ความสัมพันธ์ HSE จะลดรูปเป็นฟังก์ชันไฮบริด PBE0 สำหรับω=0{\displaystyle \omega =0}. อีxHF,SR(ω){\displaystyle E_{\text{x}}^{\text{HF,SR}}(\omega )}คือฟังก์ชันแลกเปลี่ยนที่แม่นยำแบบ Hartree–Fock ระยะสั้นอีxพีบีอี,เอสอาร์(ω){\displaystyle E_{\text{x}}^{\text{PBE,SR}}(\omega )}และอีxพีบีอี,แอลอาร์(ω){\displaystyle E_{\text{x}}^{\text{PBE,LR}}(\omega )}คือส่วนประกอบระยะสั้นและระยะยาวของฟังก์ชันแลกเปลี่ยน PBE และอีพีบีอี(ω){\displaystyle E_{\text{c}}^{\text{PBE}}(\omega )}คือ ฟังก์ชันสหสัมพันธ์PBE [ 11 ]

เมตาไฮบริด GGA

ชุดฟังก์ชัน M06 [ 13 ] [ 14 ]เป็นชุดฟังก์ชัน DFT แบบ meta-hybrid GGA และ meta-GGA จำนวนสี่ชุด ฟังก์ชันเหล่านี้ถูกสร้างขึ้นโดยการปรับพารามิเตอร์ตามประสบการณ์ ในขณะที่ถูกจำกัดให้เป็นก๊าซอิเล็กตรอนแบบสม่ำเสมอ

กลุ่มผลิตภัณฑ์นี้ประกอบด้วยฟังก์ชันการทำงาน M06-L, M06, M06-2X และ M06-HF โดยแต่ละรุ่นมีปริมาณการแลกเปลี่ยนที่แน่นอนแตกต่างกัน M06-L เป็นวัสดุที่มีการแลกเปลี่ยนเฉพาะที่โดยไม่มีการแลกเปลี่ยน HF (ดังนั้นจึงไม่ถือว่าเป็นวัสดุไฮบริด) M06 มีการแลกเปลี่ยน HF 27% M06-2X มี 54% และ M06-HF มี 100%

ข้อดีและประโยชน์ของแต่ละฟังก์ชันมีดังนี้

  • M06-L: รวดเร็ว เหมาะสำหรับโลหะทรานซิชัน สารประกอบอนินทรีย์ และสารประกอบออร์กาโนเมทัลลิก
  • M06: สำหรับกลุ่มหลัก สารประกอบอินทรีย์โลหะ จลศาสตร์ และพันธะที่ไม่ใช่โคเวเลนต์
  • M06-2X: กลุ่มหลัก, จลนศาสตร์
  • M06-HF: TD-DFT แบบถ่ายโอนประจุ สำหรับระบบที่การปฏิสัมพันธ์กับตัวเองเป็นสิ่งผิดปกติ

ชุดโปรแกรมนี้ให้ผลลัพธ์ที่ดีสำหรับระบบที่มีแรงกระจายตัว ซึ่งเป็นหนึ่งในข้อบกพร่องที่สำคัญที่สุดของวิธีการ DFT มาตรฐาน

การทบทวนฟังก์ชัน DFT ล่าสุดสรุปว่า: "แม้ว่าจะมีประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมสำหรับพลังงานและรูปทรงเรขาคณิต แต่เราต้องสงสัยว่าฟังก์ชันที่มีพารามิเตอร์สูงในปัจจุบันต้องการคำแนะนำเพิ่มเติมจากข้อจำกัดที่แน่นอน หรือความหนาแน่นที่แน่นอน หรือทั้งสองอย่าง" [ 15 ]

ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Hybrid_functionals&oldid=1352160850#B3LYP "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ ฟังก์ชันไฮบริด

ฟังก์ชันไฮบริดเป็นกลุ่มของการประมาณค่าฟังก์ชันพลังงานการแลกเปลี่ยน- ความ สัมพันธ์ในทฤษฎีฟังก์ชันความหนาแน่น (DFT)

ต้นทาง

แนวทางไฮบริดในการสร้างการประมาณฟังก์ชันความหนาแน่นได้รับการแนะนำโดย Axel Becke ในปี 1993 [ 1 ] การผสมผสานกับการแลกเปลี่ยน Hartree–Fock (HF) (เรียกอีกอย่างว่าการแลกเปลี่ยนที่แม่นยำ) นำเสนอแผนการที่เรียบง่ายสำหรับการปรับปรุงการคำนวณคุณสมบัติโมเลกุลหลายอย่าง...

วิธี

โดยทั่วไปแล้ว ฟังก์ชันแลกเปลี่ยน-ความสัมพันธ์แบบไฮบริดจะถูกสร้างขึ้นจาก ผลรวมเชิงเส้น ของฟังก์ชันแลกเปลี่ยนที่แม่นยำของ Hartree–Fock

บี3ลีป

ตัวอย่างเช่นฟังก์ชันแลกเปลี่ยน-สหสัมพันธ์ B3LYP (Becke, [ 3 ] 3-parameter, [ 4 ] Lee–Yang–Parr) [ 5 ] ที่ได้รับความนิยมคือ