贗勢方法是一種在量子力學計算中常用的近似方法,主要用於處理含有大量電子的複雜系統,如固體材料。其基本思想是通過引入一個平滑且簡單的勢(即贗勢),來近似描述價電子在原子實之間的運動,從而簡化計算過程。在贗勢方法中,原子內層的所有電子和原子核構成的核實對外層價電子的作用,用一個模型勢函式來描述。同時,通過引入投影算符的勢,將價電子波函式與內層電子波函式分離開來,然後對價電子進行變分和自洽疊代處理,計算出價電子的軌道波函式和能級值等。
贗勢方法的主要優點在於它能夠顯著減少計算所需的基礎集大小,這是因為贗勢提供了一個更平滑的勢場,減少了所需平面波的數量。這種方法特別適用於含有重元素的化合物或原子簇的研究,因為重元素通常具有複雜的、振盪強烈的電子波函式,這使得直接計算非常困難。
贗勢方法的套用範圍廣泛,包括原子物理學和中子散射等領域。它是對能帶結構進行數值計算時常用的一個工具,有助於實現複雜系統的近似計算。贗勢法的有效性在於它能夠通過適當選取一個平滑勢,並使用少數波函式展開,使得計算出的能帶結果與真實的接近。
在實際套用中,贗勢方法通常與平面波基組結合使用,通過引入一個由有限平面波構成的波函式,原來的布洛赫函式可以表示為這個波函式和內層電子波函式的和。將這個表示帶入薛丁格方程中,可以將原來的勢能項寫成一個吸引勢加排斥勢的形式,這就是有效勢。這種方法不僅簡化了計算,而且使得處理固體材料中的電子行為變得更加可行。