Descrizione del progetto
Un nuovo approccio ai calcoli di struttura elettronica
La teoria funzionale della densità (DFT, Density Functional Theory) di Kohn-Sham (KS) è ampiamente utilizzata per i calcoli di struttura elettronica nella chimica computazionale e nella fisica dello stato solido. Nonostante la sua efficienza computazionale, il potere predittivo della DFT di KS è limitato quando si tratta di sistemi quasi degenerati e fortemente correlati. Questi sono fondamentali per la comprensione dei complessi dei metalli di transizione, dei legami chimici allungati, dei materiali funzionali avanzati e delle nanostrutture artificiali. L’inadeguatezza delle approssimazioni della DFT di KS in queste aree è un problema di vecchia data. In questo contesto, il progetto corr-DFT, finanziato dal CER, mira a stabilire un nuovo quadro di riferimento per i calcoli di struttura elettronica a tutti i regimi di correlazione, sulla base dei recenti sviluppi formali. L’obiettivo di questo nuovo approccio è quello di eliminare la distorsione intrinseca della DFT di KS per i regimi di correlazione debole. I risultati saranno convalidati su sistemi di riferimento.
Obiettivo
By virtue of its computational efficiency, Kohn-Sham (KS) density functional theory (DFT) is the method of choice for the electronic structure calculations in computational chemistry and solid-state physics. Despite its enormous successes, KS DFT’s predictive power and overall usefulness are still hampered by inadequate approximations for near-degenerate and strongly-correlated systems. Crucial examples are transition metal complexes (key for catalysis), stretched chemical bonds (key to predict chemical reactions), technologically advanced functional materials, and manmade nanostructures.
I aim to address these fundamental issues, by constructing a novel framework for electronic structure calculations at all correlation regimes. This new approach is based on recent formal developments from my group, which reproduce key features of strong correlation within KS DFT, without any artificial symmetry breaking. My results on the exact infinite-coupling-strength expansion of KS DFT will be used to endow that theory with many-body properties from the ground up, thereby removing its intrinsic bias for weak correlation regimes.
This requires novel combinations of ideas from three research communities: chemists and physicists that develop approximations for KS DFT, condensed matter physicists that work on strongly-correlated systems using lattice hamiltonians, and mathematicians working on mass transportation theory. The strong-correlation limit of DFT enables these links by defining a natural framework for extending lattice-based results to the real space continuum. On the other hand, this limit has a mathematical structure formally equivalent to the optimal transport problem of mathematics, enabling adaptation of methods and algorithms.
The new approximations will be implemented with the assistance of an industrial partner and validated on representative benchmark chemical and physical systems.
Campo scientifico
Programma(i)
Argomento(i)
Meccanismo di finanziamento
ERC-COG - Consolidator GrantIstituzione ospitante
1081 HV Amsterdam
Paesi Bassi