Verallgemeinerte Gradientennäherung

Die verallgemeinerte Gradientennäherung (GGA von Vorlage:EnS) ist in der Festkörperphysik ein Näherungsverfahren, das bei Berechnungen der elektronischen Bandstruktur mit Hilfe der Dichtefunktionaltheorie zum Einsatz kommt.

Die verallgemeinerte Gradientennäherung zeichnet sich gegenüber der lokalen Spindichtenäherung dadurch aus, dass im Term für die Austauschenergie $E_{\mathrm{X}\mathrm{C}}$ neben den lokalen Spindichten $(n_{\uparrow },n_{\downarrow })$ auch deren Gradienten $(\mathrm{\nabla }{n}_{\uparrow },\mathrm{\nabla }{n}_{\downarrow })$ berücksichtigt werden.

$E_{\mathrm{X}\mathrm{C}}^{\mathrm{G}\mathrm{G}\mathrm{A}}[n_{\uparrow },n_{\downarrow }]=\int {\epsilon }_{\mathrm{X}\mathrm{C}}(n_{\uparrow },n_{\downarrow },\mathrm{\nabla }{n}_{\uparrow },\mathrm{\nabla }{n}_{\downarrow })n(\overrightarrow{r}){\mathrm{d}}^{3}r.$

Bewertung

Bei Rechnungen im Rahmen der lokalen Spindichtenäherung hat sich gezeigt, dass typischerweise der Beitrag der Austauschenergie unterschätzt und der Beitrag der Korrelationsenergie überschätzt wird. Während sich diese Fehler in Bezug auf die Energie oft weitgehend gegenseitig kompensieren, führen sie in Bezug auf die Spindichten oft zu signifikanten Fehlern, die sich in fehlerhaften Grundzustandsenergien und -kristallgeometrien sowie falschen Parametern der Gitterschwingungen (Phononen) führen. Unter Benutzung der GGA treten diese Fehler deutlich weniger in Erscheinung.

Typen

• PW91 benannt nach J. P. Perdew und Y. Wang, die dieses Funktional 1991 vorschlugen.
• PBE benannt nach J.P. Perdew, S. Burke und M. Ernzerhof, die 1996 ein dem PW91 äquivalentes Funktional vorschlugen, das mit weniger Parametern auskommt.