Densitetsfunksjonsteori

Densitetsfunksjonsteori (DFT) er en kvantkjemisk beregningsmetode for elektronstrukturen i mangelegemesystemer, særlig atomer, molekyler og faststoffer. DFT bruker elektron-densiteten n(r) som hovedvariabel fremfor bølgefunksjoner og bygger egenskaper av systemet ut fra en universell funksjonell av densitet. Ifølge Hohenberg–Kohn-teoremene er den grunnleggende energien og mange av systemets egenskaper entydig bestemt av densiteten, og det finnes et energifunksjonell E[n] som har sin laveste verdi ved den faktiske grunntilstanden.

Praktisk beregning oppnås ofte via Kohn–Sham-tilnærmingen, som erstatter det virkelige mangelegeme-kinetiske energien med en referans tilstand av ikke-interagerende elektroner med samme densitet. Dette gir et sett med effektive én-elektronlikninger som må løses selvkonsistent, der energien består av T_s[n], ekstern potensialenergi ∫ v_ext n(r) dr, Hartree-energi E_H[n], og en utvekslings-korrelasjonsfunksjonal E_xc[n].

Valg av E_xc[n]-funksjonal er sentralt og begrenser nøyaktigheten. Vanlige tilnærminger inkluderer lokal- og semilokal DFT (LDA, GGA som PBE), meta-GGA og hybrider (f.eks. PBE0, B3LYP).

DFT er utbredt for beregning av strukturelle egenskaper, reaksjonsetter, elektronfordeling og båndstruktur i kjemi og materialvitenskap. Begrensninger inkluderer mangel på nøyaktig behandling av van der Waals-krefter uten tilsetninger, selv-interaksjon-feil, og at eksitasjoner ofte krever TDDFT eller andre metoder. DFT oppsto på 1960- og 1964–1965 med Hohenberg–Kohn og Kohn–Sham. Det er et av de mest brukte verktøyene i vitenskapelig forskning.