論文の概要: Time-Dependent Self Consistent Harmonic Approximation: Anharmonic
nuclear quantum dynamics and time correlation functions
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2011.14986v3
- Date: Fri, 5 Mar 2021 19:43:53 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-04-22 14:31:40.804417
- Title: Time-Dependent Self Consistent Harmonic Approximation: Anharmonic
nuclear quantum dynamics and time correlation functions
- Title（参考訳）: 時間依存性自己一貫性調和近似:アンハーモニック核量子力学と時間相関関数
- Authors: Lorenzo Monacelli and Francesco Mauri
- Abstract要約: 有限温度での格子振動の量子時間進化に関する近似理論を導出する。
静的SCHA溶液の摂動理論を適用し、効率的な量子力学応答関数を計算するアルゴリズムを導出する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Most material properties of great physical interest are directly related to
nuclear dynamics, e.g. the ionic thermal conductivity, Raman/IR vibrational
spectra, inelastic X-ray, and Neutron scattering. A theory able to compute from
first principles these properties, accounting for the anharmonicity and quantum
fluctuations in the nuclear energy landscape that can be implemented in systems
with hundreds of atoms is missing. Here, we derive an approximate theory for
the quantum time evolution of lattice vibrations at finite temperature. This
theory introduces the time dynamics in the Self-Consistent Harmonic
Approximation (SCHA) and shares with the static case the same computational
cost. It is nonempirical, as pure states evolve according to the Dirac least
action principle and the dynamics of the thermal ensemble conserves both energy
and entropy. The static SCHA is recovered as a stationary solution of the
dynamical equations. We apply perturbation theory around the static SCHA
solution and derive an algorithm to compute efficiently quantum dynamical
response functions. Thanks to this new algorithm, we have access to the
response function of any general external time-dependent perturbation, enabling
the simulation of phonon spectra without following any perturbative expansion
of the nuclear potential or empirical methods. We benchmark the algorithm on
the IR and Raman spectroscopy of high-pressure hydrogen phase III, with a
simulation cell of 96 atoms. Our work also explores the nonlinear regime of the
dynamical nuclear motion, providing a paradigm to simulate the interaction with
intense or multiple probes, as in pump-probe spectroscopy, or chemical
reactions involving light atoms, as the proton transfer in biomolecules
- Abstract（参考訳）: 熱伝導率、ラマン/赤外線振動スペクトル、非弾性X線、中性子散乱など、大きな物性を持つ物質は核力学に直接関係している。
これらの性質を第一原理から計算できる理論は、数百の原子を持つ系に実装できる核エネルギーのランドスケープにおける無調和性と量子揺らぎを考慮に入れている。
ここでは,有限温度における格子振動の量子時間発展に関する近似理論を導出する。
この理論は自己整合調和近似(scha)における時間ダイナミクスを導入し、同じ計算コストで静的ケースと共有する。
純粋な状態はディラックの最小作用原理に従って進化し、熱アンサンブルのダイナミクスはエネルギーとエントロピーの両方を保存しているため、非経験的である。
静的SCHAは力学方程式の定常解として回収される。
静的SCHA溶液の摂動理論を適用し、効率的な量子力学応答関数を計算するアルゴリズムを導出する。
この新しいアルゴリズムにより、任意の外部時間依存摂動の応答関数にアクセスでき、核ポテンシャルや経験的方法の摂動拡大に従わずにフォノンスペクトルのシミュレーションが可能となる。
我々は96原子のシミュレーションセルを用いて高圧水素相IIIのIRおよびラマン分光法をベンチマークした。
我々の研究は、動的核運動の非線形状態も探求し、ポンプ・プローブ分光法や光原子を含む化学反応など、強いプローブや複数のプローブとの相互作用を生体分子のプロトン移動としてシミュレートするパラダイムを提供する。
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