Tihedusfunktsionaalid

Tihedusfunktsionaalid (DFT) on kvantkeemias ja tahkisefüüsikas kasutatav arvutusmeetod, mis võimaldab hinnata süsteemi energiat ja muid omadusi. Selle asemel, et arvutada otseselt elektronide lainefunktsiooni, mis võib olla väga keeruline, tugineb DFT elektronide tihedusfunktsioonile. Selle lähenemise aluseks on Hohenberg-Kohni teoreemid, mis väidavad, et süsteemi põhiseisundi energia on ainulaadne funktsioon selle põhiseisundi elektronide tihedusest. Praktikas kasutatakse DFT-d enamasti Kohn-Sham (KS) lähenemises, kus keerukas interaktsioonide Hamiltoonlane asendatakse kontseptuaalselt ühe-elektronite süsteemi Hamiltoonlasel, millel on sama elektronitihedus. Selle ühe-elektronite süsteemi lahendamine on palju lihtsam.

Peamine väljakutse DFT rakendamisel seisneb täpse funktsionaali määramises, mis kirjeldab elektronide vahelist vahetus- ja korrelatsioonijõudu. Kuna täpset funktsionaali ei tuntud, on välja töötatud mitmeid ligikaudseid funktsionaale, alates lihtsatest nagu LDA (Local Density Approximation) kuni keerukamate nagu GGA (Generalized Gradient Approximation) ja hübriidfunktsionaalideni. Funktsionaali valik mõjutab oluliselt arvutuste täpsust ja jõudlust. DFT on muutunud populaarseks oma hea tasakaalu tõttu arvutuskulude ja saavutatava täpsuse vahel, võimaldades uurida suuri molekule ja tahkeid materjale.