Método de Hartree-Fock

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Transcript Método de Hartree-Fock

Método de Hartree-Fock en Átomos

Autor: Gabriel Gil Pérez, [email protected]

Tutor: Augusto González, [email protected]

Sumario

:

1.

Hamiltoniano Atómico.

2.

Método de Hartree-Fock (HF).

3.

Algoritmo HF en seudocódigo.

4.

Implementación del algoritmo de HF.

5.

Perspectivas y Recomendaciones.

Hamiltoniano Atómico

: En unidades SI:  

i N

  1 2 2

m e i i N

  1

e

2 4  0

r i Z

i

 

j e

2 4  0

r i

1 

r j

En unidades atómicas:  

i N

  1 1 2

i i N

  1

Z r i

i

 

j r i

1 

r j

i N

  1 ( )

i

i

 

j

( )

ij

T r

i

1 2 ˆ( )

ij

r

i

1

r

j i

Z r

i

N

---

Z

-- Número de electrones Carga del núcleo

Método de Hartree-Fock

: Se propone la función de onda del sistema como un determinante de Slater:  ( , 1 2 ,...,

r N

)  1

N

1

2

r

1

r

1

N r

1

1

2

N r

2

r

2

r

2

1

2 (

r N

(

r N

) )

N

(

r N

) Con: Donde: 

i T

ˆ     

C i

     (0)    y: 

 

Método de Hartree-Fock

: De manera que se define:

E

    Si se expande la función de onda del estrado básico en términos de las soluciones de la ecuación:  

n E n

Se tiene: 

n

 

n C

'

n

Nótese que:

n E

  

H

ˆ   

C

'

m

*

C

'

n

m H

ˆ  

n

C

'

m

* '

n n

 

m n

 

C

'

m

* '

n

n nm

 

n C

'

n

2

E n

E

0 

n C

'

n

2 

E

0

Método de Hartree-Fock

: O sea que:

E

 

E

0 Para hallar una aproximación a la energía del estado básico (

E 0

) se plantea el siguiente problema variacional:

 

 * 

E

 

    1    0 Que se puede plantear de otra forma usando el método de las combinaciones lineales:  

C n

 *

E

n

 

C n

 *

C n

 Teniendo en cuenta que: 

i

0   

C i

  

Método de Hartree-Fock

: La expresión para

E( ψ)

resulta:

E

  

i

i T

ˆ 

i

 1 2  

j

  

i j V

ˆ  

i j

  

i j V

ˆ  

j i

 Interacción directa, coulombiana Interacción de Intercambio En términos de los coeficientes y la base de la expansión:

E

 

i



i

 *

C C i

  

T

ˆ  

1 2  

i

 *

j

i

 * 

j

 

V

ˆ

V

ˆ 

Método de Hartree-Fock

:

Ecuaciones de HF:

    

T

 

j N

  1

C j

 *

C j

 

 

  

C n

 

n C n

 Donde:

T



  

  1 2    

 *

i

Z r

i r

1

 *  

r

2

r

1 1 

r

2

r

1

 ( ) 2 3 1 3 2  

i

  

C i

  

z

S z

S z

Método de Hartree-Fock

: Autoconsistencia:  

H

 Donde: 

C

(

n

 1) 

C

(0)

j

 

j

 

C i

 

i C i

 es la aproximación inicial, y:  

C

(

n

 1)

j

 

T

 

j N

  1

C

(

n

 1)

j

 *

C

(

n

 1)

j

 

 

Algoritmo de Hartree-Fock

:

Step 1:

Construir la aproximación inicial de los coeficientes.

Ejemplo:

j

  

C

(0)

j

   

 

j

  

j

Algoritmo de Hartree-Fock

:

Step 1:

Construir la aproximación inicial de los coeficientes.

Step 2:

Construir la matriz inicial de Hartree-Fock.

 

C

(0)

j

 

Algoritmo de Hartree-Fock

:

Step 1:

Construir la aproximación inicial de los coeficientes.

Step 2:

Construir la matriz inicial de Hartree-Fock.

Step 3:

Iteraciones:

Steps 4,5,9 Step 4:

Diagonalizar la matriz de Hartree-Fock. Obtener autovalores y autovectores.

 

H

 

C

(

n

 1)

j

 

C i

 

i C i

Algoritmo de Hartree-Fock

:

Step 1:

Construir la aproximación inicial de los coeficientes.

Step 2:

Construir la matriz inicial de Hartree-Fock.

Step 3:

Iteraciones:

Steps 4,5,9 Step 4:

Diagonalizar la matriz de Hartree-Fock. Obtener autovalores y autovectores.

Step 5:

Examinar convergencia. Si converge:

Steps 6-8

i

 

i

(

n

 1)  10  6  

i f

Algoritmo de Hartree-Fock

:

Step 1:

Construir la aproximación inicial de los coeficientes.

Step 2:

Construir la matriz inicial de Hartree-Fock.

Step 3:

Iteraciones:

Steps 4,5,9 Step 4:

Diagonalizar la matriz de Hartree-Fock. Obtener autovalores y autovectores.

Step 5:

Examinar convergencia. Si converge:

Steps 6-8 Step 6:

Calcular la energía del estado básico.

E

 

i



i

 *

C C i

1 2    

T

ˆ  

i

 *

j

i

 * 

j

 

V

ˆ

V

ˆ 

Algoritmo de Hartree-Fock

:

Step 1:

Construir la aproximación inicial de los coeficientes.

Step 2:

Construir la matriz inicial de Hartree-Fock.

Step 3:

Iteraciones:

Steps 4,5,9 Step 4:

Diagonalizar la matriz de Hartree-Fock. Obtener autovalores y autovectores.

Step 5:

Examinar convergencia. Si converge:

Steps 6-8 Step 6:

Calcular la energía del estado básico.

Step 7:

Exportar a archivo los coeficientes, las energías de los estados electrónicos y la energía del estado básico.

Step 8:

Detener.

Step 9:

Construir la matriz de Hartree Fock en la aproximación n-ésima.

Step 10:

Detener.

H

 

C j

 

Implementación del Algoritmo de Hartree-Fock

:

1.

Implementado en

FORTRAN 90

.

2.

Usa la librería de álgebra lineal

LAPACK

de la librería numérica

MKL

.

3.

Implementado en forma de módulo.

Implementación del Algoritmo de Hartree-Fock

:

1.

Implementado en

FORTRAN 90

.

2.

Usa la librería de algebra lineal

LAPACK

de la librería numérica

MKL

.

3.

Implementado en forma de módulo.

4.

Utiliza el método de sub-relajación para garantizar convergencia.

  )

H

 (

n

 1)

  

C j

  0 1

Implementación del Algoritmo de Hartree-Fock

:

Átomo

B C N O F Ne

E 0 (HF Refencia 1 )

24.5291

E 0 (HF Implementado)

24.4604

37.6886

37.5974

54.4009

74.8094

99.4093

128.5471

54.2852

74.6724

99.235

128.3343

1 F. Sasaki, M. Yoshimine, Phys. Rev. A. 9 (1974)

Perspectivas y Recomendaciones: 1.

Implementar el método de Mller-Plesset.

2.

Implementar un Hartree-Fock relativista

.

3.

Implementar un Hartree-Fock molecular

.

4.

Cálculos de la energía del estado básico post-HF en átomos (Configuration Interaction).

5.

Cálculo de propiedades optoelectrónicas (dispersión Raman, etc.).

6.

Estudios de universalidad de los espectros energéticos en átomos.

¡Muchas Gracias!