The direct determination of Brueckner orbitals with application to the H2 molecule

An iterative procedure is presented which allows for the direct determination of approximate Brueckner orbitals for small atomic and molecular systems. Starting from the Hartree-Fock determinant one first determines pair natural orbitals (PNOs) of independent electron pairs in the HF-field of the remaining electrons. The use of the generalized Brillouin-theorem then leads to an approximate Brueckner orbital for each electron pair. This procedure must be repeated up to self-consistency which is reached generally after 4–5 macroiterations. Applications to the ground state of H₂ show how important the use of Brueckner orbitals is to get good expectation values of one-electron operators and the correct asymptotic behaviour of the potential energy curve for large internuclear distances.

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Zusammenfassung Es wird eine Iterationsmethode beschrieben, die eine direkte Bestimmung genäherter Bruecknerorbitale für kleine atomare und molekulare Systeme gestattet. Ausgehend von der Hartree-Fock-Determinante bestimmt man zunächst Paar-NOs (PNOs) der unabhängigen Elektronenpaare im HF-Feld der übrigen Elektronen des Systems. Mit Hilfe des verallgemeinerten Brillouin-Theorems erhält man dann ein genähertes Bruecknerorbital für jedes Elektronenpaar. Dies Verfahren muß bis zur Selbstkonsistenz wiederholt werden, die man im allgemeinen nach 4–5 solcher Makroiterationen erreicht. Anwendung auf den Grundzustand des H₂-Moleküls zeigt, wie wichtig die Benutzung von Bruecknerorbitalen ist, wenn man gute Erwartungswerte von Einelektronenoperatoren und das richtige asymptotische Verhalten der Potentialkurve bei großen Abständen erhalten will.

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Résumé On propose un schéma itératif qui permet le calcul direct des orbitales de Brueckner approchées pour les atomes et les petites molécules. Partant du déterminant Hartree-Fock on calcule d'abord les PNO (pair natural orbitals) des paires indépendantes d'électrons dans le champ effectif des autres électrons dans l'approximation Hartree-Fock. Ensuite le théorème de Brillouin généralisé permet de calculer les orbitales de Brueckner approchées pour chaque paire d'electrons. On recommence le calcul des PNO, la self-consistance de cette méthode itérative s'établit en général au bout de 4 ou 5 macroitérations. Les applications à la molécule H₂ démontrent que l'utilisation d'orbitales de Brueckner s'impose si l'on s'intéresse à des bonnes valeurs moyennes d'opérateurs monoélectroniques ou au comportement asymptotique correct des courbes de potentiel aux grandes distances.

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Dedicated to the memory of Prof. K. H. Hansen.