Des intégrales \(J\) et \(K\) aux méthodes Hartree–Fock et CI

Comment les calculs de QuantumLab rejoignent les méthodes modernes de structure électronique

1. Les intégrales à deux électrons comme briques de base

\[ \hat V_{ee}=\sum_{iDans une base d'orbitales, les contributions correspondantes sont exprimées par :

\[ (pq|rs)= \iint\frac{\phi_p(1)\phi_q(1)\phi_r(2)\phi_s(2)}{r_{12}} \,d\tau_1d\tau_2. \]

2. Énergie d'une configuration fermée

\[ E[(1\sigma_g)^2] = 2h_{gg}+(gg|gg)+\frac1R. \]

Dans le programme :

\[ E[(1\sigma_g)^2] = 2\varepsilon_g+J_{gg}+\frac1R. \]

3. Configuration ouverte \(gu\)

Singulet

\[ E_S(gu)=h_{gg}+h_{uu}+J_{gu}+K_{gu}+\frac1R. \]

Triplet

\[ E_T(gu)=h_{gg}+h_{uu}+J_{gu}-K_{gu}+\frac1R. \] \[ E_S-E_T=2K_{gu}. \]
L'intégrale \(K\) fixe directement la séparation singulet–triplet dans cette base.

4. Ce que fait Hartree–Fock

Hartree–Fock optimise les orbitales afin de minimiser l'énergie du déterminant.

\[ \hat F=\hat h+\sum_j(\hat J_j-\hat K_j). \]

Les opérateurs de Coulomb et d'échange sont construits à partir des mêmes intégrales à deux électrons que celles calculées numériquement ici.

5. Limite de Hartree–Fock pour la dissociation

Une fonction Hartree–Fock restreinte reste dominée par :

\[ |(1\sigma_g)^2\rangle. \]

À grande distance, cette configuration conserve des composantes ioniques \(H^-H^+\) et \(H^+H^-\). Elle ne décrit donc pas parfaitement deux atomes neutres séparés.

6. Interaction de configurations

\[ |\Psi\rangle=c_g|(1\sigma_g)^2\rangle+c_u|(1\sigma_u)^2\rangle. \]

Les coefficients sont obtenus par diagonalisation :

\[ \begin{pmatrix} H_{gg,gg} & H_{gg,uu}\\ H_{uu,gg} & H_{uu,uu} \end{pmatrix} \begin{pmatrix}c_g\\c_u\end{pmatrix} = E \begin{pmatrix}c_g\\c_u\end{pmatrix}. \]

Le mélange approprié permet d'annuler les composantes ioniques à grande distance.

7. Place du calcul FFT

Le projet reconstruit ainsi numériquement les mêmes objets mathématiques que ceux utilisés dans les logiciels de chimie quantique.

8. Suite naturelle