MgS和MgSe带隙的GW近似修正（英文）

应用基于密度泛函理论下的局域密度近似(DFT-LDA)方法研究了岩石矿结构的MgS和MgSe的晶体结构和能带结构.本文得到稳定结构的晶格常数与已知实验数据相吻合,MgS和MgSe都是间接带隙半导体且带隙值分别为2.74 eV和1.70 eV.尽管本文利用LDA计算的带隙值与之前的理论值很接近,但是局域密度近似常常低估带隙值.因此应用准粒子GW(G是格林函数,W是库伦屏蔽相互作用)近似对MgS和MgSe的带隙值进行了修正,其结果分别为4.15 eV和2.74 eV.GW近似的结果应该是合适的值.

半导体Si和GaAs的GW近似能带结构与BSE吸收光谱的研究

基于密度泛函理论,采用平面缀加波的广义密度近似的PBE泛函和准粒子近似的GW方法对典型的半导体硅Si和砷化镓GaAs的能带结构进行了研究;同时研究了Si和GaAs的光吸收谱,并利用多体微扰理论的BetheSalpeter方程(BSE)进行了修正。计算结果表明,准粒子近似的GW方法对Si和GaAs的能隙预测结果和实验值符合较好,考虑了电子—空穴对激子效应的GW-BSE多体微扰方法计算的Si和GaAs的介电函数吸收谱与实验谱符合最佳;研究说明激子效应在半导体光谱性质分析方面十分重要。

CaX(X=S, Se, Te)带隙的GW近似修正（英文）

采用基于第一性原理下的局域密度近似(LDA)方法对岩石矿物结构Ca硫族化合物CaX(X=S, Se, Te)的晶格常数和电子结构进行了研究.研究结果表明,使用LDA方法得到的晶格常数与实验值符合得很好,但带隙值却远低于实验值.为了获得可靠的带隙值,使用了GW(G格林函数, W库伦屏蔽相互作用)近似方法对Ca硫族化合物的带隙进行修正.利用GW近似方法计算CaS和CaSe的带隙值比利用LDA计算的带隙值高,并且与实验值相吻合.同时也预测了CaTe的带隙值,尽管没有实验值作为参考,但GW近似计算的结果应该是合适的值.

GW方法：基本原理,最新进展及其在d-和f-电子体系中的应用(英文)

基于格林函数的多体微扰理论提供了描述材料基态和激发态性质的一个严格理论框架.格林函数依赖于交换关联自能,后者满足一组复杂的被称为Hedin方程的积分微分方程.GW方法是由对自能算符根据屏蔽库仑作用做多体微扰理论展开到第一项得到,是目前描述扩展体系准粒子电子激发性质最为准确的第一原理方法.本文概述了GW方法的基本原理,并对最新的理论方法进展在一个统一的框架下进行了评述.最后,通过对若干典型实例的分析展示了针对d/f-电子体系的GW方法的现状.

MnHg(SCN)_4晶体的能带结构和非线性光学性质的研究

用密度泛函微扰理论(DFPT)和GW近似方法计算了MnHg(SCN)4(MMTC)晶体的几何结构、能带结构和二阶非线性光学系数。计算得到MMTC晶体的禁带宽度为3.21 eV,结果接近实验值3.33 eV,其二阶非线性系数为d14=3.09 pm/V、d15=6.02 pm/V。结果表明Mn-3d、Hg-5d态是价带的主要成分,C-2p、N-2p和S-3p态是价带顶和导带底的主要成分,而阴离子基团(SCN)-内部的电子跃迁是MnHg(SCN)4晶体中二阶非线性效应的主要来源。

锂的卤化物LiX(X=F,Cl,Br,I)的镜像势态

基于局域密度近似的密度泛函理论,运用多体摄动理论的GW近似,计算了碱金属锂的卤族化合物LiF (001)-(1X1)、LiCl (001)-(1X1)、LiBr (001)-(1X1)、LiI (001)-(1X1)表面的准粒子能带结构.GW近似改进了密度泛函理论对于电子交换关联的处理,计算出的带隙与实验值吻合.由GW近似计算得出的LiF、LiCl和LiBr的(001)表面能带具有负亲和能,由于绝缘体表面外真空中电子与绝缘体表面极化电荷的相互作用,在真空中产生了镜像势态.利用GW近似研究了镜像势态波函数沿表面法线方向的分布,并将由GW近似计算得到的镜像势态的单粒子势能与经典的镜像势能进行了比较.但是,从GW近似给出的表面能带结构可看出,LiI(001)表面具有正亲和能,因而不存在镜像势态.

CO:LiCl(001)-(1X1)表面电子激发态及其随时演化

采用多体摄动理论研究CO:LiCl(001)-(1X1)表面的激发态性质、CO分子激子态随时演化及其寿命.首先用局域密度近似的密度泛函理论计算CO分子吸附在LiCl(001)-(1X1)表面的几何结构;随后运用GW近似研究LiCl块体、LiCl(001)-(1X1)干净表面以及CO:LiCl(001)-(1X1)表面的准粒子能带结构,引入电子-空穴相互作用,求解二粒子格林函数的Bethe-Salpeter方程(BS方程),并得出其电子-空穴激发态及光学吸收谱,将计算得到的光吸收谱与实验数据进行比较;最后基于吸附系统CO:LiCl(001)-(1X1)的BS方程的解,求解含时薛定谔方程得出的分子激发态的随时演化.因衬底和吸附分子之间的耦合作用,CO分子激子态在随时演化的初始阶段呈现非常快的衰减,其寿命仅为0.75 fs.CO分子激子态的空穴大幅度地向衬底转移,而激子态的电子仍然滞留在CO分子上.

带隙问题:第一性原理电子能带理论研究现状

电子能带结构是材料最基本的性质之一,对于材料的实际应用具有深刻影响。电子能带结构的理论描述一直以来都是第一性原理理论方法中最具挑战性的问题之一。作为材料理论计算"标准模型"的密度泛函理论,在局域密度近似或广义梯度近似下,存在着著名的"带隙问题":半导体材料的理论带隙与实验值相比存在着显著的系统性误差。近年来,以改进对带隙的描述为主要目标之一,密度泛函理论领域有很多重要发展。同时,对于带隙问题,与密度泛函理论紧密相关但又有本质区别的另外一类理论方法是基于格林函数的第一性原理多体微扰理论,其中最为流行的GW方法是当前描述材料的电子能带结构最为准确的第一性原理方法,但一直以来都受限于计算量太大而无法应用于更复杂的体系。本文综述了密度泛函理论和格林函数多体理论在电子能带结构问题上的基本原理、最新进展以及存在的挑战性问题。希望通过比较两种理论框架的异同,为未来可能的发展思路提供启发。