論文の概要: Generalized many-body perturbation theory for the electron correlation energy

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.22990v1
• Date: Wed, 30 Oct 2024 13:08:57 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-28 17:07:42.326291
• Title: Generalized many-body perturbation theory for the electron correlation energy
• Title（参考訳）: 電子相関エネルギーに対する一般化多体摂動理論
• Authors: Yuqi Wang, Wei-Hai Fang, Zhendong Li,
• Abstract要約: この研究は、凝縮物質物理学と量子化学におけるマルチ参照摂動理論を橋渡しする。 図式再仮定による電子相関エネルギーの計算法を推し進める新たな可能性を開く。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.34014022599321
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Standard many-body perturbation theory (MBPT) using a quadratic zeroth-order Hamiltonian is a cornerstone of many \emph{ab initio} computational methods for molecules and materials. However, this perturbation expansion can break down in the presence of strong electron correlation, which occurs in many scenarios such as the bond dissociation of molecules in chemical reactions. In this work, we developed a generalized (time-dependent) MBPT for computing electron correlation energies, in which the zeroth-order Hamiltonian can be interacting and hence the zeroth-order reference state is a multi-determinant wavefunction instead of a single Slater determinant in general. This allows us to take strong correlation into account from the outset and treat the residual weak interaction by diagrammatic perturbation expansion. Using this framework, we formulated a multi-reference (MR) generalization of the standard single-reference (SR) random phase approximation (RPA) for the electron correlation energy by resumming generalized ring diagrams including cumulant contributions, which naturally leads to a set of unified equations that work in both SR and MR cases. To further include exchange effects, we also derived a multi-reference second-order screened exchange (SOSEX) correction from a coupled-cluster perspective of the resulting MR-RPA. Applications to prototypical molecules demonstrate that MR-RPA/SOSEX successfully resolves the well-known failure of the conventional SR-RPA/SOSEX for molecular dissociation. Our work bridges MBPT in condensed matter physics and multi-reference perturbation theory in quantum chemistry, opening up new possibilities for advancing computational methods for the electron correlation energy via diagrammatic resummation.
• Abstract（参考訳）: 2次ゼロ階ハミルトニアンを用いた標準多体摂動理論(MBPT)は、分子や材料に対する多くの 'emph{ab initio} 計算法の基礎である。 しかし、この摂動膨張は強い電子相関の存在によって崩壊し、化学反応における分子の結合解離のような多くのシナリオで起こる。 本研究では、電子相関エネルギーを計算するための一般化(時間依存)MBPTを開発し、ゼロ階ハミルトニアンが相互作用できるので、ゼロ階参照状態は一般に単一のスレーター行列式ではなく、多重決定波動関数である。 これにより、当初から強い相関関係を考慮し、図形摂動膨張による残留弱い相互作用を処理できる。 この枠組みを用いて、累積寄与を含む一般化環図を再開することにより、標準単一参照(SR)ランダム位相近似(RPA)のマルチ参照一般化を定式化した。 さらに, MR-RPAの結合クラスタ視点から, マルチ参照2次スクリーニング交換(SOSEX)補正を導出した。 原型分子への応用は、MR-RPA/SOSEXが従来のSR-RPA/SOSEXの分子解離の失敗をうまく解決することを示した。 我々の研究は、凝縮物質物理学におけるMBPTと量子化学におけるマルチ参照摂動理論を橋渡しし、図式再仮定による電子相関エネルギーの計算法を推し進める新たな可能性を開く。

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