密度泛函方法

密度泛函方法是一种广泛应用于计算量子多体系统电子结构的理论框架。它基于Hohenberg-Kohn定理，该定理证明了基态电子密度唯一地决定了外势场和系统的所有性质。通过将复杂的多电子波函数问题转化为电子密度的泛函优化问题，密度泛函理论大幅简化了计算过程。该方法的核心是Kohn-Sham方程，通过引入虚构的非相互作用电子系统来近似真实的相互作用系统。交换关联泛函的引入处理了电子间的复杂相互作用，其中局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)是最常用的近似方法。密度泛函方法因其良好的计算效率与精度的平衡，已成为计算材料科学、量子化学和凝聚态物理等领域的重要工具，广泛应用于预测材料性质、分子结构和化学反应机理等研究。