Metode Hartree–Fock: Perbedaan antara revisi
Konten dihapus Konten ditambahkan
k robot Modifying: es |
Add 1 book for Wikipedia:Pemastian (20220609)) #IABot (v2.0.8.8) (GreenC bot |
||
| (33 revisi perantara oleh 24 pengguna tidak ditampilkan) | |||
Baris 1:
Metode Hartree–Fock terkadang mengasumsikan bahwa fungsi gelombang benda-''N'' yang pasti pada sistem dapat dihampiri melalui suatu [[determinan Slater]] tunggal (dalam kasus apabila partikelnya adalah [[fermion]]) atau melalui suatu [[permanen (matematika)|permanen]] tunggal (untuk kasus [[boson]]) pada [[Orbital atom|orbital spin]] ''N''. Dengan mengoperasikan [[metode variasional]], maka dapat diperoleh satu set ''N''-pasang persamaan bagi orbital spin ''N''. Penyelesaian bagi persamaan tersebut menghasilkan fungsi gelombang Hartree–Fock dan energi sistem tersebut.
Khususnya dalam beberapa literatur lama, metode Hartree–Fock disebut pula sebagai '''metode medan swapanggah''' ('''''self-consistent field''; SCF'''). Dengan menurunkan persamaan yang saat ini dikenal sebagai [[persamaan Hartree]] sebagai penyelesaian hampiran bagi [[persamaan Schrödinger]], [[Douglas Hartree|Hartree]] memerlukan medan akhir yang dimasukkan dari distribusi muatan agar dapat "swapanggah" dengan medan awal yang diasumsikan. Dengan demikian, swapanggah adalah persyaratan dari penyelesaian ini. Penyelesaian bagi persamaan Hartree–Fock non-linear juga berperilaku layaknya tiap partikel dikenai medan purata yang dibuat oleh seluruh partikel yang lain (lihat [[Metode Hartree–Fock#Operator Fock|operator Fock]] di bawah) dan karenanya, terminologi tersebut berlanjut. Persamaan ini hampir secara universal diselesaikan melalui suatu [[iterasi|metode iteratif]], walaupun [[algoritma]] [[iterasi titik tetap]] tidak selalu konvergen.<ref>{{cite journal|journal = Computer Physics Communication
|title = General Hartree-Fock program
|last = Froese Fischer | first = Charlotte
|volume = 43 |issue = 3
| pages =355–365 | year = 1987 |doi=10.1016/0010-4655(87)90053-1
|bibcode = 1987CoPhC..43..355F }}</ref>
Skema penyelesaian ini bukanlah satu-satunya penyelesaian yang mungkin dan bukan merupakan fitur penting dari metode Hartree–Fock.
Metode Hartree–Fock tidak hanya digunakan dalam penyelesaian persamaan Schrödinger bagi atom, molekul, struktur nano<ref>{{cite journal |first=Mudar A. |last=Abdulsattar |title=SiGe superlattice nanocrystal infrared and Raman spectra: A density functional theory study |journal=[[Journal of Applied Physics|J. Appl. Phys.]] |volume=111 |issue=4 |pages=044306 |year=2012 |doi=10.1063/1.3686610 |bibcode = 2012JAP...111d4306A }}</ref> dan padatan namun juga digunakan dalam [[fisika nuklir]]. (Lihat [[transformasi Bogoliubov|metode Hartree–Fock–Bogoliubov]] untuk diskusi penerapannya dalam teori [[Struktur nuklir#Fenomena pasangan nuklir|struktur nuklir]]). Dalam teori [[struktur atom]], perhitungan dimungkinkan bagi suatu spektrum dengan banyak aras tenaga tereksitasi dan karenanya metode Hartree–Fock bagi atom mengasumsikan fungsi gelombang dalam suatu [[fungsi keadaan konfigurasi]] dengan [[bilangan kuantum]] yang terdefinisi dengan baik serta bahwa aras tenaga tidak selalu merupakan [[keadaan dasar]].
Nama metode ini diambil dari nama [[Douglas Hartree]] yaitu ilmuwan yang menemukan metode "metode medan swapanggah", dan [[Vladimir Fock|Vladimir A. Fock]] yang menunjukkan ketepatan logika metode Hartree dan merumuskannya kembali menjadi bentuk matriks yang digunakan hingga sekarang.
== Algoritma Hartree–Fock ==
Metode Hartree–Fock umumnya digunakan untuk menyelesaikan [[persamaan Schrödinger]] tak gayut-waktu bagi suatu atom atau molekul banyak-elektron seperti dijelaskan dalam [[pendekatan Born–Oppenheimer]]. Karena tidak ada penyelesaian yang diketahui bagi sistem banyak-elektron ('''terdapat''' penyelesaian bagi sistem satu-elektron seperti [[atom hidrogen]]ik dan kation hidrogen diatomik), permasalahan tersebut diselesaikan secara numerik. Karena nonlinearitas diperkenalkan oleh pendekatan Hartree–Fock, persamaan-persamaannya diselesaikan menggunakan metode nonlinear seperti [[iterasi]], yang kemudian menghasilkan penamaan "metode medan swapanggah."
=== Pendekatan ===
Metode Hartree–Fock membuat lima penyederhanaan utama untuk menangani tugas ini:
* [[Pendekatan Born–Oppenheimer]] secara inheren diasumsikan. Fungsi gelombang molekul penuh sebenarnya adalah fungsi dari koordinat masing-masing inti, selain dari elektron.
* Biasanya, efek [[Teori relativitas|relativistik]] sama sekali diabaikan. Operator [[momentum]] diasumsikan sepenuhnya non-relativistik.
* Penyelesaian variasional diasumsikan sebagai [[kombinasi linear]] dari sejumlah [[Basis set (kimia)|fungsi basis]] terbatas, yang biasanya (tetapi tidak selalu) dipilih menjadi [[ortogonal]]. Basis set diasumsikan agar mendekati [[Basis ortonormal#Set ortogonal tak lengkap|lengkap]].
* Setiap [[Keadaan stasioner|eigenfungsi energi]] diasumsikan dapat dijelaskan oleh [[determinan Slater]] tunggal, produk antisimetris dari fungsi gelombang satu elektron (misalnya orbital).
* [[Teori medan-purata|pendekatan medan purata]] tersirat. Efek yang timbul dari penyimpangan asumsi ini diabaikan. Efek-efek ini sering secara kolektif digunakan sebagai definisi dari istilah [[korelasi elektron]]. Namun, label "korelasi elektron" yang diucapkan secara ketat mencakup korelasi Coulomb dan korelasi Fermi, dan yang terakhir adalah efek pertukaran elektron, yang sepenuhnya diperhitungkan dalam metode Hartree-Fock.<ref>{{cite book |title=Modelling Molecular Structures|last=Hinchliffe|first=Alan|authorlink= |edition=2nd |year=2000|publisher=John Wiley & Sons Ltd|location=Baffins Lane, Chichester, West Sussex PO19 1UD, England|isbn=0-471-48993-X |page=[https://archive.org/details/modellingmolecul00alan_473/page/n102 186]|url=https://archive.org/details/modellingmolecul00alan_473|accessdate=}}</ref><ref name="Szabo">{{cite book
| last1 = Szabo
| first1 = A.
| last2= Ostlund| first2= N. S.
| title = Modern Quantum Chemistry
| publisher = Dover Publishing | year = 1996 | location = Mineola, New York
| isbn = 0-486-69186-1}}</ref> Dinyatakan dalam terminologi ini, metode ini hanya mengabaikan korelasi Coulomb. Namun, ini adalah kelemahan penting, yang menyebabkan (antara lain) ketidakmampuan Hartree-Fock untuk menangkap [[Gaya London|dispersi London]].<ref>{{Citation|author=A. J. Stone|title=The Theory of Intermolecular Forces|year=1996|publisher=Clarendon Press|location=Oxford}}</ref>
Relaksasi dari dua perkiraan terakhir menimbulkan apa yang kemudian disebut sebagai metode [[pasca-Hartree–Fock]].
== Perhitungan ==
[[Berkas:Hartree-Fock.png|jmpl|ka|325px|Diagram alir algoritimik yang menggambarkan metode Hartree–Fock]]
Titik awal dari metode Hartree–Fock adalah sekumpulan [[orbital atom|orbital]]-orbital hampiran. Untuk perhitungan [[atom]], orbital hampiran ini biasanya merupakan orbital [[atom bakhidrogen]] (suatu atom berelektron satu, tapi dengan [[muatan inti]] yang disesuaikan). Untuk perhitungan [[molekul]] atau [[kristal]], [[fungsi gelombang]] hampiran awal merupakan kombinasi linear orbital-orbital atom. Hal ini menghasilkan kumpulan orbital-orbital berelektron satu yang, karena sifat [[fermion]] elektron, harus antisimetris; sifat antisimetri ini diperoleh dengan menggunakan [[determinan Slater]].
Hamiltonian benda-banyak (''many-body Hamiltonian'') digunakan untuk memodelkan interaksi antara elektron dan inti,
Baris 9 ⟶ 46:
</math>
di mana <math>\mathbf{r_i}</math> merupakan [[vektor]] posisi dari [[elektron]] '''<math>i</math>''' dengan komponen-komponen vektor dalam [[jari-jari Bohr]], '''<math>Z_a</math>''' merupakan muatan inti yang diam (<math>a</math>) dalam satuan [[muatan elementer]], dan <math>\mathbf{d_a}</math> merupakan vektor posisi dari inti <math>a</math> dengan komponen vektor dalam [[jari-jari Bohr]].
Suku awal dalam Hamiltonian adalah penjumlahan operator-operator energi kinetik untuk masing-masing elektron di dalam sistem. Hal kedua adalah penjumlahan tarikan [[Coulomb]] elektron-inti. Hal ketiga adalah penjumlahan tolakan [[Coulomb]] elektron-elektron. Hal akhir adalah penjumlahan tolakan Coulomb inti-inti, juga dikenal sebagai energi tolakan inti. Karena Hampiran Born–Oppenheimer telah dibuat, dan operator tolakan inti tidak dipengaruhi oleh posisi [[elektron]], dapat dihitung sekali diawal prosedur Hartree-Fock dan kemudian diperlakukan sebagai konstanta dipengaruhi hanya oleh posisi inti.
Secara khusus, dalam perhitungan
Setelah fungsi [[gelombang]] dibangun, [[elektron]] kemudian dipilih. Dampak dari semua elektron yang lain dijumlahkan dan digunakan untuk membangun potensial. (Inilah mengapa prosedur ini terkadang disebut sebagai prosedur medan purata). Ini memberikan elektron tunggal dengan potensial tertentu, di mana [[persamaan Schrödinger]] dapat dipecahkan, memberikan sedikit perbedaan fungsi gelombang untuk elektron tersebut. Proses ini kemudian diulang untuk setiap elektron yang lain, yang menyelesaikan satu tahap prosedur. Prosedur keseluruhan kemudian diulang, sampai perubahan dari satu tahap ke tahap lainnya cukup kecil.
== Kelemahan, pengembangan, dan alternatif ==
Kestabilan numerik dapat menjadi masalah untuk prosedur ini—banyak cara untuk memerangi ketidakstabilan ini. Salah satu yang cukup dasar dan secara umum dapat diterapkan disebut dengan ''F-mixing'' (pencampuran-F). Dengan pencampuran-F, sekali fungsi gelombang elektron tunggal dihitung, dia tidak digunakan secara langsung. Malahan, beberapa kombinasi dari fungsi gelombang yang dihitung dan fungsi gelombang sebelumnya untuk elektron tersebut digunakan – yang paling umum adalah kombinasi linear dari yang dihitung dan dengan segera fungsi gelombang sebelumnya. Sebuah pengelakan yang pintar, digunakan oleh Hartree, untuk perhitungan atomik adalah dengan meningkatkan muatan inti,yang menarik semua elektron menjadi berdekatan. Dengan distabilkannya sistem, ini setahap demi setahap dikurangi ke muatan yang sesungguhnya.
Alternatif untuk perhitungan Hartree–Fock yang digunakan dalam beberapa kasus adalah [[teori fungsi rapatan]], yang memberikan baik energi korelasi maupun pertukaran tetapi tidak didasarkan secara murni pada pemecahan mekanika kuantum. Tentu saja, cukup umum untuk menggunakan perhitungan yang merupakan gabungan antara dua metode. Sebagai contoh yang cukup terkenal adalah pola B3LYP. Perhitungan Hartree-Fock dapat digunakan sebagai titik awal untuk metode yang lebih mendalam, seperti teori [[gangguan badan-banyak]] (''many-body perturbation'')
== Perangkat lunak ==
* [[
* [[Gamess]]
* [[NWChem]]
* [[Q-Chem]]
* [[MPQC]]
== Lihat pula ==
{{Col-begin}}
{{Col-break}}
'''Bidang terkait'''
* [[Kimia kuantum]]
* [[Fisika kuantum]]
* [[Kimia komputasi]]
{{Col-break}}
'''Konsep'''
* [[Persamaan Roothaan]]
* [[Teorema Koopmans]]
* [[Pasca-Hartree–Fock]]
{{Col-break}}
'''Tokoh'''
* [[Vladimir Fock|Vladimir Aleksandrovich Fock]]
* [[Clemens C. J. Roothaan|Clemens Roothaan]]
* [[George G. Hall]]
* [[John Pople]]
* [[Reinhart Ahlrichs]]
{{col-end}}
== Referensi ==
{{Reflist}}
== Daftar pustaka ==
* {{cite book
| last = Levine | first = Ira N.
| title = Quantum Chemistry | url = https://archive.org/details/quantumchemistry0000levi_o9d6 |edition = 4 |language=en
| publisher = Prentice Hall | year = 1991 | location = Englewood Cliffs, New Jersey
| pages = [https://archive.org/details/quantumchemistry0000levi_o9d6/page/455 455]–544 | isbn = 0-205-12770-3}}
* {{cite book
| last = Cramer | first = Christopher J.
| title = Essentials of Computational Chemistry | url = https://archive.org/details/essentialscomput00cram_296 |language=en
| publisher = John Wiley & Sons, Ltd. | year = 2002 | location = Chichester
| pages = [https://archive.org/details/essentialscomput00cram_296/page/n165 153]–189 | isbn = 0-471-48552-7}}
* {{cite book
| last1 = Szabo
| first1 = A.
| last2= Ostlund|first2= N. S.
| title = Modern Quantum Chemistry |language=en
| publisher = Dover Publishing | year = 1996 | location = Mineola, New York
| isbn = 0-486-69186-1}}
==
* {{en}} [https://doi.org/10.1017/S0305004100011920 "The Wave Mechanics of an Atom with a Non-Coulomb Central Field. Part II. Some Results and Discussion"] oleh [[Douglas Hartree|D. R. Hartree]], ''Mathematical Proceedings of the Cambridge Philosophical Society'', Volume 24, 111-132, Januari 1928
* {{en}} [http://vergil.chemistry.gatech.edu/notes/hf-intro/hf-intro.html ''An Introduction to Hartree-Fock Molecular Orbital Theory''] oleh C. David Sherrill (Juni 2000)
* {{en}} [http://www.cond-mat.de/events/correl16/manuscripts/koch.pdf "Mean-Field Theory: Hartree-Fock and BCS"] dalam E. Pavarini, E. Koch, J. van den Brink, dan G. Sawatzky: ''Quantum materials: Experiments and Theory'', Jülich 2016, {{ISBN|978-3-95806-159-0}}
[[Kategori:Kimia komputasi]]
[[Kategori:Kimia kuantum]]
[[Kategori:Fisika kuantum]]
| |||