Optimisation de fonctions d'onde explicitement corrélées par minimisation de l'énergie en Monte Carlo quantique et application aux calculs d'intracules

Julien Toulouse
Cornell Theory Center, Cornell University, Ithaca, New York, USA.


Lundi 3 juillet 2006, 14h00, salle 1, Bâtiment St.Raphael, 3 rue Galilée, 94200 Ivry-sur-Seine
Les méthodes Monte Carlo quantique (QMC) [1,2] constituent une alternative aux méthodes traditionnelles de la chimie quantique. Elles permettent l'utilisation de fonctions d'onde compactes explicitement corrélées, composées habituellement d'un court développement en fonctions de configuration complété par un facteur de Jastrow. Cependant, pour bénéficier pleinement de cette grande flexibilité, il est crucial de pouvoir optimiser finement les paramètres de ces fonctions d'onde. Le meilleur critère d'optimisation est en principe la minimisation de l'énergie variationnelle [3]. Or, jusqu'à récemment, nous disposions en QMC uniquement de méthodes efficaces pour minimiser la variance de l'énergie locale [4]. Dans ce contexte, nous présenterons une nouvelle méthode de minimisation de l'énergie simple, robuste et efficace permettant d'optimiser simultanément les paramètres du facteur de Jastrow, les coefficients des fonctions de configuration et les coefficients des orbitales. Nous comparerons cette nouvelle approche avec d'autres méthodes alternatives de minimisation de l'énergie en QMC. Nous montrerons sur quelques systèmes moléculaires que l'optimisation complète d'une séquence de fonctions d'onde de type CASSCF complété par un facteur de Jastrow conduit à une amélioration systématique de l'énergie aussi bien en Monte Carlo variationnel (VMC) qu'en Monte Carlo diffusionnel (DMC). Nous illustrerons la précision des fonctions d'onde ainsi obtenues par le calcul de densités d'intracule I(u) (densité de probabilité de trouver deux électrons à une distance u), quantité importante pour l'analyse qualitative et les prédictions quantitatives en structure électronique [5,6].
[1] B. L. Hammond, W. A. Lester, Jr. and P. J. Reynolds, Monte Carlo Methods in Ab Initio Quantum Chemistry, World Scientific, Singapore (1994).
[2] W. M. C. Foulkes, L. Mitas, R. J. Needs, and G. Rajagopal, Quantum Monte Carlo simulations of solids, Reviews of Modern Physics 73, 33 (2001).
[3] Martin Snajdr and Stuart M. Rothstein, Are properties derived from variance-optimized wave functions generally more accurate ? Monte Carlo study of non-energy-related properties of H2, He, and LiH, J. Chem. Phys. 112, 4935 (2000).
[4] C. J. Umrigar, K. G.Wilson and J.W.Wilkins, Optimized trial wave functions for quantum Monte Carlo calculations, Physical Review Letters 60, 1719 (1988).
[5] P. M. W. Gill, D. P. O'Neill and N. A. Besley Two-electron distribution functions and intracules, Theoretical Chemistry Accounts 109 , 241 (2003).
[6] P. Gori-Giorgi and A. Savin, Simple model for the spherically and system-averaged pair density : Results for two-electron atoms, Physical Review A 71, 032513 (2005).