Tihedusfunktsionaali teooria

Tihedusfunktsionaali teooria (Density functional theory − DFT) on kvantmehaanikal põhinev füüsikas, keemias ja materjaliteaduses kasutusel olev modelleerimismeetod, mille abil on võimalik uurida mitme-elektroonsete süsteemide, näiteks aatomite, molekulide ja tahkiste elektronstruktuuri, millest omakorda on võimalik ennustada huvi pakkuva süsteemi füüsikalisi omadusi. Meetodi nimetus tuleneb asjaolust, et erinevalt muudest kvantkeemilistest arvutusmeetoditest, mille põhialuseks on süsteemi lainefunktsioon, avalduvad tihedusfunktsionaali teoorias huvi pakkuvad suurused, näiteks süsteemi põhioleku energia funktsionaalina süsteemi elektrontihedusest.^[1]

DFT on tahkisefüüsikas laialt kasutuses olnud juba 1970. aastatest, kuid alles 1990. aastatel arenes meetod piisavalt, võttes kasutusele paremad viisid, kuidas arvestada elektronide omavahelist vastasmõju, et seda ka keemias kasutada. DFT on praeguseks hetkeks üks enim kasutatavaid ja populaarsemaid kvantmehaanilisi arvutusmeetodeid, mida rakendatakse laialt nii füüsikaliste, keemiliste kui ka bioloogiliste süsteemide uurimiseks^[2]. Üks põhjuseid, miks DFT on nii populaarne, on tema suhteliselt väike arvutuslik maht võrreldes teiste kvantkeemiliste meetoditega, näiteks Hartree-Focki meetodi ja selle edasiarendustega. Võrreldes lihtsamate atomistlike meetoditega, näiteks molekulaardünaamikaga, on DFT arvutused siiski väga mahukad.

Hoolimata hiljutistest arengutest, on DFT ebatäpne molekulidevaheliste jõudude, seal hulgas Van der Waalsi jõudude, vesiniksidemete, ergastatud olekute, pooljuhtide jm kirjeldamisel^[3]. Seetõttu on sellega keeruline kirjeldada näiteks väärisgaase, kus domineerivad Van der Waalsi jõud, või süsteeme, kus VdW jõududel ja vesiniksidemetel on tähtis roll, näiteks biomolekule. Nendest piirangutest üle saamiseks on välja töötamisel uued DFT meetodid, mis arvestavad ka sisekihi elektronidega või lisavad formalismi parandusliikmed.^[4][5]