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오비탈의존 밀도범함수 이론과 응용

전문가 제언: ○ 이 리뷰는 최신의 밀도 범함수(DFT, Density Functional Theory)이론에 기초한 오비탈의존 범함수의 이론적 배경과 활용에 대하여 심도 있게 고찰한 전문적 보고서다. 리뷰는 특히 네 개의 영역에 대하여 비중 있게 고찰하였다. 첫째, 오비탈의존 범함수의 필요성, 둘째, Kohn-Sham틀에서의 최적 퍼텐셜, 셋째, 최신 범함수들의 수행과 이들 사이의 상호관계, 넷째, 여기상태를 예측하기 위한 범함수와 그의 이론적 배경을 다루었다.

○ 밀도범함수 근사는 기본적으로 Kohn-Sham 퍼텐셜을 갖는 다체계의 Schrödinger 방정식, 즉 Kohn-Sham 방정식을 근사적으로 풀어 물질의 전자구조를 알아내는 과정이다. 이 과정에서 근사의 정확도는 이 방정식을 푸는 해밀토니안이 얼마나 정교하느냐가 관건인데, 해밀토니안은 교환-상관범함수에 의해 그의 정교함이 판가름 난다. 밀도범함수 연구는 1927년 Hartree근사법이 제안된 이후 지금까지 이론물리학 및 양자화학 연구를 주도해온 핵심주제로, 대부분 축퇴되어 있는 방대한 내용들을 KLI 개발자인 Kümmel이 직접 정리 보고한 것이다.

○ Kohn-Sham퍼텐셜 범함수를 결정하기 위하여, 로칼 형태로 스핀분극을 포함한 LSDA(1980)범함수를 비롯하여 밀도와 오비탈사이의 1:1 대응이 되게 한 OEP(Optimized Effective Potential, 1976), 또 평균 퍼텐셜을 사용한 KLI(1990), 공통분모의 고유값을 채용한 CEDA(2001)근사에 대하여 중점적으로 기술하고 평가하였다. 오비탈의존 범함수로는 라프라시안을 포함한 MGGA(1972), GGA를 개량한 HGGA(2000)범함수를 중심으로 그의 특성과 활용에 대하여 기술하고 평가하였다.

○ 비섭동 여기 작용을 해석하기 위한 시간종속 밀도범함수의 교환-상관 커널의 필요성과 활용에 대하여 전망하였다. 오비탈의존 범함수 이론을 확장하고 개발하는 일은 마치 캄캄한 방에서 검은 고양이를 찾는 것과 같이 어려운 일이었으나, 지난 세기동안 Hohenberg, Kohn, Runge, Gross의 덕분으로 적어도 빈방이 아니라는 것이 확인된 셈이다. 이제 오비탈의존 범함수는 어둠에 묻힌 응집물질의 여러 진실들을 밝히는 횃불로서 한동안 빛을 발할 것이라 기대된다.

저자: Kuemmel, S; Kronik, L; AF Kuemmel, Stephan; Kronik, Leeor
자료유형: 학술정보