Adiabatic Connection for Correlation in Crystals - Finanziamento dell’Unione Europea – NextGenerationEU – missione 4, componente 2, investimento 1.1.

La correlazione elettronica è un argomento chiave nella fisica teorica dello stato solido e nella chimica quantistica, dato che il suo livello di trattamento definisce fondamentalmente l'accuratezza di un calcolo. Nel corso degli anni sono stati sviluppati diversi approcci teorici e strumenti computazionali. Ad oggi, i metodi basati sulla Teoria del Funzionale Densità (DFT) e sulla teoria delle perturbazioni di Møller–Plesset del secondo ordine (MP2) sono tra i metodi con il maggiore rapporto accuratezza/costo computazionale per applicazioni sia in cristalli molecolari che estesi. Tuttavia, mentre DFT necessita di ulteriori correzioni per trattare le interazioni di dispersione, MP2 sovrastima la correlazione per i sistemi con piccoli band gap e diverge quando il gap svanisce (ad esempio per i metalli). I metodi DFT doppio ibrido più avanzati, che mescolano linearmente le energie di correlazione DFT e MP2 con alcuni coefficienti (empirici), non risolvono queste limitazioni. Nel progetto Adiabatic Connection for Correlation in Crystals (AC^3) intendiamo sviluppare e testare il formalismo MP adiabatic-connection (AC): si tratta di un nuovo quadro teorico, sviluppato in analogia allo schema DFT-AC, che fornisce una rinormalizzazione formalmente esatta di MP2, senza costi computazionali aggiuntivi. Il nuovo punto chiave dell’approccio MP-AC è la miscelazione non lineare dell’energia di correlazione MP2 con quella proveniente dall’esatto limite di correlazione forte. L'MP-AC è stato recentemente testato per sistemi molecolari mostrando risultati estremamente buoni. Non è stata ancora presa in considerazione alcuna estensione ai sistemi periodici. In questo progetto estenderemo il metodo MP-AC allo stato solido, sviluppando e testando nuovi approcci, in grado di descrivere la correlazione in sistemi sfusi e le forze di dispersione nei cristalli molecolari. In particolare provvederemo a: i) sviluppare un codice open source per eseguire facilmente calcoli DFT-AC e MP-AC sia in sistemi finiti che estesi; ii) testare estensivamente il metodo MP-AC su una varietà di solidi (cristalli sfusi, gas rari e cristalli molecolari, materiali stratificati) e quindi applicare i migliori esempi del metodo a problemi rilevanti nel contesto dello stato solido (esfoliazione di parti nere fosforo, polimorfismo, adsorbimento su superfici ioniche, rottura di legami in grafano fluorurato); iii) sviluppare progressi all'interno della metodologia MP-AC specificamente guidati dai requisiti dello stato solido, concentrandosi in particolare sulla descrizione di sistemi con gap di fuga, sul regime di densità a variazione lenta e sulle forze di dispersione.