Tihedusfunktsionaal

Tihedusfunktsionaal on kvantkeemias ja füüsikas kasutatav meetod, mis hindab süsteemi energiat ja muid omadusi, tuginedes elektronide tihedusele. See lähenemisviis võimaldab keerulisi mitme osakese süsteeme, nagu molekulid ja tahked ained, kirjeldada palju lihtsamalt kui traditsioonilised lainefunktsiooni põhjalised meetodid. Tihedusfunktsionaali teooria (DFT) põhineb Hohenberg-Kohni teoreemidel, mis väidavad, et süsteemi põhiseisundi energia on ainulaadne funktsioon selle põhiseisundi elektronide tihedusest.

Praktikas rakendatakse tihedusfunktsionaali tavaliselt Kohn-Sham (KS) lähenemisviisi abil. Selle raames teisendatakse reaalsed, interakteeruvad elektronid kujuteldavateks, mitte-interakteeruvateks elektronideks, mis liiguvad ühesuguses potentsiaalis. Selle potentsiaali ülesehitus on kriitiline, kuna see sisaldab nii väliseid potentsiaale kui ka Hartree- Focki potentsiaali, lisaks nn vahetus-korelatioonifunktsionaali. Viimane termin ongi tihedusfunktsionaali meetodi tuumaks ja selle täpne kuju ei ole teada. Seetõttu kasutatakse erinevaid ligikaudseid vahetus-korelatioonifunktsionaale, mis erinevad oma keerukuse ja täpsuse poolest.

Tihedusfunktsionaali meetod on muutunud üheks populaarseimaks kvantkeemia arvutusmeetodiks tänu oma tasakaalule arvutusliku hinna ja täpsuse vahel. Seda kasutatakse laialdaselt keemiliste reaktsioonide uurimisel, materjaliteaduses ja paljudes teistes füüsika ja keemia valdkondades.