Papers
Topics
Authors
Recent
2000 character limit reached

Variational minimization scheme for the one-particle reduced density matrix functional theory in the ensemble N-representability domain (2405.10593v2)

Published 17 May 2024 in quant-ph and cond-mat.str-el

Abstract: The one-particle reduced density-matrix (1-RDM) functional theory is a promising alternative to density-functional theory (DFT) that uses the 1-RDM rather than the electronic density as a basic variable. However, long-standing challenges such as the lack of Kohn--Sham scheme and the complexity of the pure $N$-representability conditions are still impeding its wild utilization. Fortunately, ensemble $N$-representability conditions derived in the natural orbital basis are known and trivial, such that almost every functionals of the 1-RDM are actually natural orbital functionals which do not perform well for all the correlation regimes. In this work, we propose a variational minimization scheme in the ensemble $N$-representable domain that is not restricted to the natural orbital representation of the 1-RDM. We show that splitting the minimization into the diagonal and off-diagonal part of the 1-RDM can open the way toward the development of functionals of the orbital occupations, which remains a challenge for the generalization of site-occupation functional theory in chemistry. Our approach is tested on the uniform Hubbard model using the M\"uller and the T\"ows--Pastor functionals, as well as on the dihydrogen molecule using the M\"uller functional.

Definition Search Book Streamline Icon: https://streamlinehq.com
References (41)
  1. P. Hohenberg and W. Kohn, Phys. Rev. 136, B864 (1964).
  2. W. Kohn and L. Sham, Phys. Rev. 140, A1133 (1965).
  3. N. Mardirossian and M. Head-Gordon, Mol. Phys. 115, 2315 (2017).
  4. C. J. Cramer and D. G. Truhlar, Phys. Chem. Chem. Phys. 11, 10757 (2009).
  5. P.-O. Löwdin, Phys. Rev. 97, 1474 (1955).
  6. T. L. Gilbert, Phys. Rev. B 12, 2111 (1975).
  7. A. J. Coleman, Rev. Mod. Phys. 35, 668 (1963).
  8. D. T. Haar, Rep. Prog. Phys. 24, 304 (1961).
  9. M. Piris and K. Pernal, Phys. Rev. A 96, 046501 (2017).
  10. M. Altunbulak and A. Klyachko, Commun. Math. Phys. 282, 287 (2008).
  11. A. J. Coleman, J. Math. Phys. 13, 214 (1972).
  12. S. M. Valone, J. Chem. Phys. 73, 1344 (1980).
  13. A. M. K. Müller, Phys. Lett. A 105, 446 (1984).
  14. G. Csányi and T. A. Arias, Phys. Rev. B 61, 7348 (2000).
  15. M. A. Buijse and E. J. Baerends, Mol. Phys. 100, 401 (2002).
  16. S. Goedecker and C. J. Umrigar, Phys. Rev. Lett. 81, 866 (1998).
  17. A. Holas, Phys. Rev. A 59, 3454 (1999).
  18. J. Cioslowski and K. Pernal, J. Chem. Phys. 111, 3396 (1999).
  19. M. Piris and P. Otto, Int. J. Quantum Chem. 94, 317 (2003).
  20. M. Piris, Recent Res. Devel. Quantum Chem. 4, 1 (2004).
  21. P. Leiva and M. Piris, J. Mol. Struct. THEOCHEM 719, 63 (2005).
  22. M. Piris, Int. J. Quantum Chem. 106, 1093 (2006).
  23. M. Piris and J. M. Ugalde, J. Comput. Chem. 30, 2078 (2009).
  24. M. Piris, Int. J. Quantum Chem. 113, 620 (2013).
  25. M. Piris and J. M. Ugalde, Int. J. Quantum Chem. 114, 1169 (2014).
  26. W. Kutzelnigg and D. Mukherjee, J. Chem. Phys. 110, 2800 (1999).
  27. M. Piris, Phys. Rev. Lett. 127, 233001 (2021).
  28. K. Pernal, Phys. Rev. Lett. 94, 233002 (2005).
  29. S. Goedecker and L. Colombo, Phys. Rev. Lett. 73, 122 (1994).
  30. T. Baldsiefen and E. K. U. Gross, Comput. Theor. Chem. 1003, 114 (2013).
  31. J. Wang and E. J. Baerends, Phys. Rev. Lett. 128, 013001 (2022).
  32. E. Cancès and K. Pernal, J. Chem. Phys. 128, 134108 (2008).
  33. O. Gunnarsson and K. Schönhammer, Phys. Rev. Lett. 56, 1968 (1986).
  34. E. Fromager, Mol. Phys. 113, 419 (2015).
  35. J. P. Coe, Phys. Rev. B 99, 165118 (2019).
  36. N. G. Cartier and K. J. H. Giesbertz, J. Chem. Theory Comput.  (2024).
  37. W. Töws and G. M. Pastor, Phys. Rev. B 83, 235101 (2011).
  38. W. Töws and G. M. Pastor, Phys. Rev. B 86, 245123 (2012).
  39. E. H. Lieb and F. Y. Wu, Phys. Rev. Lett. 20, 1445 (1968).
  40. H. Shiba, Phys. Rev. B 6, 930 (1972).
  41. M. Rodriguez-Mayorga, Standalone NOFT module (1.0). Zenodo  (2022), 10.5281/zenodo.7352733.

Summary

We haven't generated a summary for this paper yet.

Whiteboard

Open Problems

We haven't generated a list of open problems mentioned in this paper yet.

Continue Learning

We haven't generated follow-up questions for this paper yet.

Collections

Sign up for free to add this paper to one or more collections.

Tweets

Sign up for free to view the 1 tweet with 0 likes about this paper.