Pseudopotential

Der Pseudopotential-Formalismus in der Quantenmechanik ist ein Ansatz, um die rechenintensiven kernnahen (Nicht-Valenz-) Elektronen eines Atoms bzw. Ions sowie den Atomkern durch ein effektives Potential anzunähern. Diese Näherung ist möglich, da die kernnahen Elektronen kaum zu chemischen Bindungen beitragen. Valenzelektronen sind jedoch zu allen kernnahen Elektronen orthogonal, was zu einer starken Oszillation in Kernnähe und deshalb zu einem hohen Rechenaufwand führt. Zudem haben kernnahe Elektronen eine hohe Energie, was eine kurze Wellenlänge bedeutet, wodurch mit einer hohen Ortsauflösung gerechnet werden muss. Durch geschickte Wahl eines empirischen Potentials lässt sich der Aufwand zum Lösen der Schrödingergleichung massiv reduzieren. Die Wellenfunktion der Valenzelektronen ist dann orthogonal zu allen Kernzuständen.

Das Pseudopotential wurde zuerst 1934 von Hans Hellmann eingeführt. Die Methode fand weitverbreitete Anwendung in Bandstrukturrechnungen der Festkörperphysik, wobei James C. Phillips Ende der 1950er-Jahre ein Vorreiter war (später mit Marvin Cohen, Volker Heine und anderen). Auch der nigerianische Physiker Alexander Animalu leistete einen wichtigen Beitrag: Gemeinsam mit Volker Heine entwickelte er 1965 ein modellbasiertes, abgeschirmtes Pseudopotential für 25 Elemente, das sich als besonders einflussreich erwies. Bereits zuvor hatte Animalu die Theorie der nicht-lokalen dielektrischen Abschirmung in Metallen veröffentlicht, die als Grundlage für diese Arbeiten diente.

1. ↑ Hans Hellmann A New Approximation Method in the Problem of Many Electrons, Journal of Chemical Physics (Karpow‐Institute for Physical Chemistry, Moscow), Band 3, 1935, S. 61, Hans Hellmann, W. Kassatotschkin Metallic Binding According to the Combined Approximation Procedure, Journal of Chemical Physics (Karpow‐Institute for Physical Chemistry, Moscow), Band 4, 1936, S. 324.
2. 1 2 Alexander Animalu - Biography. Abgerufen am 21. April 2025 (englisch).