量子化学および固体物理学における自己無撞着場 (SCF) 法の理解

SCFはSelf-Consistent Fieldの略です。これは、多電子系のシュレーディンガー方程式を解くために量子化学と固体物理学で使用される方法です。 SCF の基本的な考え方は、系の波動関数を原子軌道の線形結合として表し、その線形結合の係数を解くことによって近似することです。詳細には、SCF メソッドは次のように機能します。波動関数の初期推定から始めます。通常は系の原子軌道だけです。
2。システムのハミルトニアン行列を計算します。これは、システムのエネルギーを電子の座標の関数として記述します。
3。ハミルトニアン行列の固有値方程式を解き、システムの固有値と固有ベクトルを求めます。固有値はシステムのエネルギーを表し、固有ベクトルは対応する波動関数を表します。固有ベクトルを線形結合で組み合わせることで、波動関数の新しい推定を構築します。波動関数が安定した解に収束するまで手順 2 ～ 4 を繰り返します。 SCF 法は自己矛盾のない手法であり、前の反復の解に基づいて各反復で波動関数が更新されます。これにより、システムの電子構造を正確に記述する安定した解にこの方法を収束させることができます。

SCF は、分子や固体の電子構造を研究するために量子化学や固体物理学で広く使用されています。これは、多重結合を持つ分子や強い電子-電子相互作用を持つ固体など、電子構造が複雑で単純な波動関数では説明できない系を研究する場合に特に役立ちます。