分数電子数およびスピンを持つ多電子系のアンサンブル基底状態：区分線形性および平面条件の一般化

分数電子数（Ntot）および分数スピン（Mtot）を持つ多電子系の記述は、物理化学、固体物理学、および材料科学において非常に重要です。このレターでは、一般的な有限多電子系のゼロ温度アンサンブル基底状態の正確な記述を提供し、全スピンが平衡値であるときのエネルギーおよびスピン密度がNtotおよびMtotに依存する様子を特徴付けます。我々は、区分線形原理および平面条件を一般化し、どの純粋状態が基底状態のアンサンブルに寄与するかを特定します。定数Ntotにおけるスピン変動の新しい導関数の不連続性を発見し、これはKohn–Shamポテンシャルのジャンプとして現れます。また、全エネルギーと密度は一意的であるが、スピン密度は一意的でないという、基底状態の未知の縮退を特定します。我々の発見は、密度汎関数理論や他の多電子法における高度な近似の開発の基礎となります。