Dispersiecorrecties

Dispersiecorrecties zijn corrigerende termen in elektronische-structuurberekeningen die langeafstand-interacties van van der Waals-krachten beschrijven. Omdat veel gangbare functionals zoals LDA en GGA deze dispersie-interacties niet adequaat vangen, kunnen bindingen, inter- en intramoleculaire afstanden en energieniveaus van zwak gebonden systemen onjuist voorspeld worden, zoals bij moleculaire kristallen, adsorptie op oppervlakken en laaggestructureerde materialen.

De meest gebruikte benaderingen zijn empirische dispersion-correcties zoals DFT-D2, DFT-D3 en DFT-D4 van Grimme. Deze voegen parwise dispersie toe met dempingsfuncties die aan korte afstanden dubbeltelling voorkomen. Een andere route is de Tkatchenko–Scheffler (TS) methode, die dispersie-coëfficiënten koppelt aan de electronendensiteit. Verdere opties zijn Many-Body Dispersion (MBD) die meerdere atoomparen tegelijk beschouwt, en nonlocal functionals zoals vdW-DF en varianten als optB88-vdW die dispersion direct in het functionaal integreren.

Toepassingen omvatten onder meer het verbeteren van berekeningen van adsorptie-energieën, bindingen in moleculaire kristallen, structuur van laag-gebonden materialen en 2D-materialen, en berekeningen van organisch-inorganische systemen. Ze worden meestal in combinatie met standaard DFT-berekeningen gebruikt, en de keuze van methode en dempingsfunctie hangt af van het systeem en de gewenste nauwkeurigheid.

Beperkingen: dispersiecorrecties zijn vaak semi-empirisch of parametriseerd voor specifieke functionals, wat beperkte transferability kan geven. Ze verbeteren vooral langeafstand interacties en bieden geen oplossing voor covalente binding. Benchmarking tegen experimenten of hoog-niveau berekeningen blijft aan te raden, en de rekentijd kan variëren afhankelijk van de gekozen methode (met name MBD of nonlocal functionals).