DFTarvutused

DFTarvutused viitavad tihedusfunktsionaalteooria (DFT) kasutamisel tehtud arvutustele elektronstruktuuri kohta aatomite, molekulide ja tahkete ainete puhul. DFT põhineb ideel, et elektronide tihedus, mitte kogu elektronide lainefunktsioon, on piisav suurte süsteemide omaduste kirjeldamiseks. Hohenbergi–Kohni teoreemid ja Kohni–Shami võrrandid moodustavad selle teoreetilise raamistiku. DFTi praktikasse viivad erinevad vaheldus-korrelaatsioonifunktsionaali (XC-funktsionaalid), mis tasakaalustavad täpsuse ja arvutuskoormuse.

Levinumad funktsionaaldid on lokaalne tihedusfunktsionaal (LDA), Generalized Gradient Approximation (GGA) näiteks PBE, meta-GGA ja hübriidfunktsionaalsed lähenemised (nt PBE0, B3LYP). Valik sõltub süsteemist ja soovitud omadusest. Praktikas kasutatakse tihti plane-wave baasist ja pseudopotentsiaalidest koosnevaid kodeeringuid tahkete ainete arvutamiseks ning molekulaarsetele süsteemidele lokaalseid basis-süsteeme (nt Gaussian-tüüpi programmaid).

Töövoog hõlmab struktuuri optimeerimist ja samas SCF (self-consistent field) arvutust, mille käigus määratakse elektronseisundid ja totalne energia. Analüüsitakse geomeetriat, energiat, tihedust ja vahelisi interaktsioone; erijuhtudel leitakse vibratsioonifrekventsid või elektroniltide struktuure. Eksperimentaalsete omaduste saamiseks on sageli kasutusel täiendavad korrektsioonid, näiteks dispersiooni (van der Waals) korrigeerimised DFT-D3/D4 või eraldi van der Waals funktsionaaltid.

DFT on laialdaselt rakendatav materjaliteaduses, katalüüsis, orgaanilises ja kiirühenduste keemias ning nanomaterjalide kujundamises. Piirangutena on teadaeb tähelepanu: band gapi alam-arvutused ja kitsaste energiavahede suuruse täpsus võivad sõltuda käytetavast funktsionaallist; võõrprogrammid ja täiendavad meetodid on sageli vajalikud täpsema kirjeldus saamiseks.