Понимание метода самосогласованного поля (SCF) в квантовой химии и физике твердого тела

SCF означает самосогласованное поле. Это метод, используемый в квантовой химии и физике твердого тела для решения уравнения Шрёдингера для многоэлектронных систем. Основная идея SCF состоит в том, чтобы аппроксимировать волновую функцию системы, представляя ее как линейную комбинацию атомных орбиталей, а затем вычисляя коэффициенты линейной комбинации.

Более подробно, метод SCF работает следующим образом:

1. Начните с первоначального предположения о волновой функции, обычно это просто атомные орбитали системы.
2. Вычислите матрицу Гамильтона системы, которая описывает энергию системы как функцию координат электронов.
3. Решите уравнение собственных значений матрицы Гамильтона, чтобы найти собственные значения и собственные векторы системы. Собственные значения представляют собой энергии системы, а собственные векторы представляют собой соответствующие волновые функции.
4. Используйте собственные векторы, чтобы построить новое предположение о волновой функции, объединив их в линейную комбинацию.
5. Повторяйте шаги 2–4, пока волновая функция не придет к устойчивому решению.

Метод SCF является самосогласованным методом, что означает, что волновая функция обновляется на каждой итерации на основе решения предыдущей итерации. Это позволяет методу сходиться к стабильному решению, которое точно описывает электронную структуру системы.

SCF широко используется в квантовой химии и физике твердого тела для изучения электронной структуры молекул и твердых тел. Это особенно полезно для изучения систем, электронная структура которых сложна и не может быть описана простой волновой функцией, например, в молекулах с кратными связями или в твердых телах с сильными электрон-электронными взаимодействиями.