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P4.Hatree-Fock自洽场(考虑进电子的库伦吸引,是时候

P4.Hatree-Fock自洽场(考虑进电子的库伦吸引,是时候

作者: 光头披风侠 | 来源:发表于2019-03-29 15:15 被阅读0次

Hatree-Fock自洽场(考虑进电子的库伦吸引)

Slater行列式满足了电子(费米子)的全同性(反对称性),还满足泡利不相容原理

而单电子模型中的HP(Hatree积)多电子体系不满足全同性

那么就抛弃HP拥抱SD吧

Fock建议将Hartree-SCF推广到采用Slater行列式描述

1.Hartree自洽场(SCF)方法

  • 前提:HP单电子模型,\psi_{HP}=\varphi_1\varphi_2\dots\varphi_n
  • 方法:
    1. 从N个初始单粒子波函数\varphi _i^{(0)},建立相应的h_i^{(0)},然后通过解单电子本征方程,得到一组新的分子轨道\varphi _i^{(1)};
    2. 在用新得到的\varphi _i^{(1)}建立相应的h_i^{(1)},如此不断的重复迭代
    3. 知道\varphi _i^{(n)}\varphi _i^{(n-1)}相等或近似,停止迭代。
  • 缺陷:反映出不相容,但没有考虑到费米子全同性(反对称性)

2.Fock闯入(P升级为F),升级为Hartree-Fock自洽场(HF-SCF)

  • 前提:HP单电子模型改用Slater行列式模型(电子间无相互作用,即具备“HP单电子属性”),装备属性上再点了一个“男女通吃的属性(全同性)”,perfect,哇大龙虾前辈们,先分解再拼装,牛皮;

  • 引入:电子间相互作用(交换能,库伦势能),开始在SD模型的房子里面装修了

  • 故事展开(依旧两电子体系为例):那是一个越黑风高的夜晚,扯远了,回来吧

    1. 引入两电子体系的电子库伦相互作用(\frac{e^2}{r_{ij}})势能(也就是求期望):
      \psi_{SD}=\frac{1}{\sqrt2}[\varphi_a(1)\varphi_b(2)-\varphi_a(2)\varphi_b(1)]\\
      忽略掉不重要的系数:
      \int \psi_{SD}\frac{1}{r_{ij}}\psi_{SD}^*d\boldsymbol{r}_1 d\boldsymbol{r}_2\\ =\int [\varphi_a(1)\varphi_b(2)-\varphi_a(2)\varphi_b(1)]\frac{1}{r_{ij}}[\varphi_a(1)\varphi_b(2)-\varphi_a(2)\varphi_b(1)]^*d\boldsymbol{r}_1 d\boldsymbol{r}_2\\ =\int |\varphi_a(1)|^2|\varphi_b(2)|^2\frac{1}{r_{ij}}d\boldsymbol{r}_1 d\boldsymbol{r}_2+\int |\varphi_a(2)|^2|\varphi_b(1)|^2\frac{1}{r_{ij}}d\boldsymbol{r}_1 d\boldsymbol{r}_2\\ -\int \varphi_a(1)\varphi_b(2)\varphi_a(2)^*\varphi_b(1)^*\frac{1}{r_{ij}}d\boldsymbol{r}_1 d\boldsymbol{r}_2\\-\int \varphi_a(2)\varphi_b(1)\varphi_a(1)^*\varphi_b(2)^*\frac{1}{r_{ij}}d\boldsymbol{r}_1 d\boldsymbol{r}_2\\ =\int \psi_{HP}\frac{1}{r_{ij}}\psi_{HP}^*d\boldsymbol{r}_1 d\boldsymbol{r}_2\\-\int \varphi_a(1)\varphi_b(2)\varphi_a(2)^*\varphi_b(1)^*\frac{1}{r_{ij}}d\boldsymbol{r}_1 d\boldsymbol{r}_2\\-\int \varphi_a(2)\varphi_b(1)\varphi_a(1)^*\varphi_b(2)^*\frac{1}{r_{ij}}d\boldsymbol{r}_1 d\boldsymbol{r}_2\\ =J_{ab}-K_{ab}
      其中,
      J_{ab}=\int \psi_{HP}\frac{1}{r_{ij}}\psi_{HP}^*d\boldsymbol{r}_1 d\boldsymbol{r}_2= \int |\varphi_a(1)|^2|\varphi_b(2)|^2\frac{1}{r_{ij}}d\boldsymbol{r}_1 d\boldsymbol{r}_2+\int |\varphi_a(2)|^2|\varphi_b(1)|^2\frac{1}{r_{ij}}d\boldsymbol{r}_1 d\boldsymbol{r}_2\\ K_{ab}=\int \varphi_a(1)\varphi_b(2)\varphi_a(2)^*\varphi_b(1)^*\frac{1}{r_{ij}}d\boldsymbol{r}_1 d\boldsymbol{r}_2+\int \varphi_a(2)\varphi_b(1)\varphi_a(1)^*\varphi_b(2)^*\frac{1}{r_{ij}}d\boldsymbol{r}_1 d\boldsymbol{r}_2\\

      • 明显的,SD包含了HP(即J_{ab}),而HP后面多出的项对应的就是反对称的交换能项K_{ab}(或者书上说的同自旋间的一种交互作用,纳尼,不理解)。

      从全同性角度考虑(他大舅他二舅都是他舅或傻傻分不清楚)\varphi_a(1)=\varphi_a(2),\varphi_b(1)=\varphi_b(2),\varphi_a(1)^*=\varphi_a(2)^*,\varphi_b(1)^*=\varphi_b(2)^*

      \therefore忽略不重要的系数(反正有规划手法)
      J_{ab}=\int \psi_{HP}\frac{1}{r_{ij}}\psi_{HP}^*d\boldsymbol{r}_1 d\boldsymbol{r}_2= \int |\varphi_a(1)|^2|\varphi_b(2)|^2\frac{1}{r_{ij}}d\boldsymbol{r}_1 d\boldsymbol{r}_2\\ K_{ab}=\int \varphi_a(1)\varphi_b(2)\varphi_a(2)^*\varphi_b(1)^*\frac{1}{r_{ij}}d\boldsymbol{r}_1 d\boldsymbol{r}_2

  • 缺陷:引入了电(库伦作用)的效应,但没有引入磁的效应,即自旋电子间的磁矩作用,也就是电子关联

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