Estados Electrónicos Excitados en Límites Extremos a través de Funcionales de Densidad de Conjunto

La teoría de funcionales de densidad (DFT) ha ampliado enormemente nuestra capacidad para calcular y entender de manera asequible los estados fundamentales electrónicos, al reemplazar cálculos ab initio intratables por modelos basados en la física paradigmática de límites de alta y baja densidad. Sin embargo, un tratamiento comparable de los estados excitados se queda atrás. Aquí, resolvemos este problema excepcional empleando una generalización de la teoría de funcionales de densidad a estados de conjunto (EDFT). Así, abordamos casos paradigmáticos importantes de todos los sistemas electrónicos en regímenes fuertemente (baja densidad) y débilmente (alta densidad) correlacionados. Mostramos que el límite de alta densidad se conecta a resultados recientes de EDFT que son exactamente resolubles. El límite de baja densidad revela un resultado inesperado y poco notado: los funcionales de densidad para estados fundamentales estrictamente correlacionados pueden reutilizarse directamente para estados excitados. La dependencia no trivial en la estructura de excitación solo aparece en el tercer orden superior. En general, nuestros resultados proporcionan fundamentos para modelos efectivos de estados excitados que interpolan entre límites exactos de baja y alta densidad, que ilustramos en los casos de excitaciones singulete-singulete en H2 y un anillo de pozos cuánticos.