Exact-exchange local-density functional approximation and magnetism of rare-earth metal compounds

Abstract

In the last years, the authors have developed a method of the Density-Functional (DF) electronic structure calculation that uses the Exact-Exchange (EXX) energy combined with the Local Density Approximation (LDA) correlation energy. The results obtained by the method, however, are far from satisfactory in the case of the transition metals, and suggest that the correlation is very important when the Hartree energy and the exchange energy are treated rigorously. In this report, a new method of the self-consistent calculation of the DF theory is presented. An exchange-correlation energy functional, which consists of the EXX energy and a correlation energy calculated in the Random-Phase-Approximation (RPA), is used. The correlation potential, which is the functional derivative of the correlation energy with respect to the density, is evaluated within a static approximation. The calculated results of the eigenvalue dispersion for iron by EXX + RPA are very close to those obtained by usual LDA. It sometimes has been claimed that the itinerant-magnetism is a sensitive problem where the higher-order electron-correlation beyond RPA screening might be essential. However, obtained results indicate that the essential part determining the magnetic moments might be well accounted for by the correlation within the RPA screening, even though the higher-order correlation is certainly important for excitations. Incidentally, as for the higher-order correlation, the present method can be extended so as to include other class of correlation diagrams included in RPA, and to evaluate their contributions in ab-initio way. For example, the exchange diagrams of order e(exp 4) that is important to cancel the self-interaction of order e(exp 4) can be included.

著者らは近年、局所密度近似(LDA)相関エネルギーと組合せた厳密交換(EXX)エネルギーを用いた密度汎関数(DF)電子構造計算法を開発した。しかし、遷移金属では満足な結果が得られず、これらの結果は、ハートリーエネルギーと交換エネルギーを厳密に取扱う場合は、相関が非常に重要なことを示唆している。本報告では、DF理論の新しい自己無撞着計算法を提案する。EXXエネルギーと、ランダム位相近似(RPA)で計算した相関エネルギーとで構成する交換相関エネルギー汎関数を用い、相関エネルギーの密度に関する汎関数微分である相関ポテンシャルを静的近似内で評価した。EXX+RPAで計算したFeに対する固有値分散の結果は、普通のLDAにより計算した結果と非常に近い。RPA遮蔽を越える高次の電子相関が本質的にある所では、遍歴磁性は微妙な問題であるとの指摘がある。しかし、計算結果は、磁気モーメントを決める本質的な部分は、高次の相関が励起に対して明らかに重要ではあるが、RPA遮蔽内での相関によってよく説明できることを示している。なお、高次の相関に関しては、現在の方法を、RPAに含まれている他のクラスの相関ダイヤグラムを含むように、またそれらの寄与を経験的に評価するように拡張できる。例えば、オーダe(exp 4)の自己相互作用を打消すために重要なオーダe(exp 4)の交換ダイヤグラムを含ませることができる。