Phương pháp casscf caspt2 là gì? Các công bố khoa học về Phương pháp casscf caspt2

Phương pháp CAS-SCF (Complete Active Space Self Consistent Field) và CASPT2 (Complete Active Space Second Order Perturbation Theory) là hai phương pháp tính toán lượng tử trong lĩnh vực hóa học lý thuyết.

CAS-SCF được sử dụng để tính toán trạng thái cơ bản của các hệ thống phức tạp, trong đó các hạt tự do trong hệ thống được chỉ định làm một phần hoặc toàn bộ "không gian hoạt động hoàn toàn" (CAS). Phương pháp này xây dựng một hàm sóng đại diện cho các trạng thái điện tử của hệ thống sử dụng một tập hợp hạt điện tử trong CAS và tối ưu hóa năng lượng của hàm sóng thông qua thuật toán tự phối tử (self-consistent field).

CASPT2 là một phương pháp cải tiến của CAS-SCF, trong đó phương pháp perturbation theory thứ hai (PT2) được áp dụng cho việc lượng tử hóa các hiệu ứng tương tác giữa các hạt điện tử trong CAS và các hạt điện tử ngoài CAS. Phương pháp này hiệu quả hơn trong việc tính toán các trạng thái điện tử có tính chất cộng hưởng mạnh.

Cả hai phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu các hệ thống phức tạp như chất cấu trúc hữu cơ, vật liệu và các quá trình phản ứng hóa học.
Để hiểu chi tiết hơn về phương pháp CAS-SCF và CASPT2, chúng ta cần hiểu về thuật toán và cơ sở lý thuyết đằng sau chúng.

CAS-SCF (Complete Active Space Self Consistent Field):
CAS-SCF là một phương pháp tính toán lượng tử thông qua tổng hợp các hợp thức tuyến tính của trạng thái cơ bản đa electron. Phương pháp này khai thác tính chất của nguyên lý hóa sau khi chúng ta xác định được hàm sóng cơ bản bằng cách tăng cường độ chính xác của thành phần ao (atomic orbital). CAS-SCF xây dựng một không gian hoạt động hoàn toàn (CAS) bằng cách chọn tập hợp các công thức tuyến tính của trạng thái tưởng (nghĩa là trạng thái có năng lượng thấp nhất trong CAS), và tối ưu hóa năng lượng và hàm sóng của CAS thông qua quá trình tự phối tử. Điều này được thực hiện bằng cách tối ưu hóa các hệ số của các hơi trong CAS để tạo ra hàm sóng dẫn. Phương pháp CAS-SCF có khả năng mô phỏng các hiệu ứng cộng hưởng mạnh và trạng thái hóa lý.

CASPT2 (Complete Active Space Second Order Perturbation Theory):
CASPT2 là một phương pháp cải tiến của CAS-SCF bằng cách áp dụng perturbation theory thứ hai (PT2) cho các hệ thống phức tạp. PT2 được sử dụng để tính toán hiệu ứng tương tác giữa các hạt điện tử trong CAS và các hạt điện tử ngoài CAS. Điều này làm tăng tính chính xác của CASPT2 trong việc xác định các trạng thái có tính cộng hưởng mạnh. Phương pháp này tính toán năng lượng liên định thứ hai, là sự khác biệt giữa năng lượng của CAS dẫn và trạng thái thực tế của hệ thống. CASPT2 cũng có khả năng tính toán các động lực và thuộc tính liên quan đến phản ứng hóa học.

Cả CAS-SCF và CASPT2 được sử dụng rộng rãi để nghiên cứu các hệ thống phức tạp như các hợp chất hữu cơ, vật liệu và quá trình phản ứng hóa học. Sự kết hợp giữa hiệu suất tính toán và độ chính xác của các phương pháp này đã mở ra nhiều cánh cửa cho việc hiểu sâu hơn về cấu trúc và tính chất của các hệ thống hóa học.