M ục lục
2.1Phương pháp ab initio và các phương pháp tính toán khác
Sự phát triển của khoa học vật liệu đã dẫn đến những yêu cầu về việc nắm được
các hiện tượng cũng như việc xác định các tính chất của vật liệu và các quá trình xảy ra ở
mức độ nguyên tử [68-70]. Tương tác giữa các nguyên tử và electron được quyết định bởi
các qui luật lượng tử, vì thế cần phải có các kỹ thuật chính xác và hiệu quả để giải các phương trình cơ bản của cơ học lượng tử đối với các hệ nhiều nguyên tử, nhiều electron
phức tạp.
Hình 2.1. Các phương pháp cấu trúc điện tử (electronic structure methods).
Nhiều phương pháp tính toán đã được phát triển để nghiên cứu và mô phỏng các
tính chất điện tử của vật liệu (hình 2.1) [68,71] bao gồm các phương pháp trên cơ sở cơ
học lượng tử, từ các phương pháp hàm sóng như phương pháp Monte Carlo lượng tử [72],
đây là các phương pháp ab initio vì các phương pháp này không sử dụng các tham số bên ngoài [73], cho đến các phương pháp bán thực nghiệm và thực nghiệm [71] trên cơ sở thế tương tác đã được khớp với thực nghiệm hay với các phương pháp ab initio.
Hình 2.2. So sánh về hiệu suất tính toán của phương pháp hàm mật độ so với các phương
pháp hàm sóng.
Các phương pháp hàm sóng cho độ chính xác cao vì nó bao gồm đầy đủ tương
quan của hệ điện tử [72]. Tuy nhiên, hạn chế của các phương pháp này là nó đòi hỏi thời
gian tính toán rất lâu và tài nguyên máy tính rất lớn. Với các phương pháp hóa lượng tử như CI, CISD, CCSD, khả năng tính toán hiện nay chỉ thực hiện được với các hệ khoảng
vài chục nguyên tử [71]. Gần đây, phương pháp Monte Carlo lượng tử được chú ý nhiều
bởi vì nó bao gồm đến trên 90% phần tương quan điện tử [74]. Tuy nhiên, phương pháp
này hiện trong giai đoạn phát triển, hầu hết các tính toán Monte Carlo lượng tử trong khoa
học vật liệu đều dựa trên hàm sóng được tính toán trước từ các phương pháp khác (chẳng
hạn như DFT) để làm hàm sóng thử [75].
Phương pháp hàm sóng
Phương pháp hàm mật độ
N3
Phương pháp hóa lượng tử Phương pháp Monte Carlo lượng tử
>N6 N4
THỜI GIAN
Hình 2.2 là sự so sánh về hiệu suất tính toán giữa phương pháp phiếm hàm mật độ và phương pháp hàm sóng. Ta có thể thấy là hiện tại lý thuyết phiếm hàm mật độ (Density Functional Theory - DFT) là một phương pháp có nhiều ưu điểm, nó kết hợp được cả ưu
điểm về độ chính xác lẫn hiệu suất tính toán [76]. Trong khoảng 10 năm qua DFT đã
được phát triển và ứng dụng một cách rộng rãi không chỉ trong nghiên cứu cơ bản mà còn cả trong các nghiên cứu ở các ngành công nghiệp.
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});