纤锌矿AlN中反位和间隙点缺陷电子结构的最大局域化Wannier函数方法研究

结合第一性原理计算方法,利用最大局域化Wannier函数方法研究了纤锌矿AlN中反位和间隙点缺陷引起的电子结构变化及成键性质.研究发现:在N反位缺陷结构中,反位N原子只与[0001]方向上最近邻的N原子成键,未成键的孤对电子局域在反位N原子及其余最近邻的3个N原子附近;在Al反位缺陷中,反位Al原子与垂直于[0001]方向的底面上3个最近邻Al原子成键.研究同时发现:在反位和间隙缺陷中,N间隙对电子结构影响最小,间隙N原子与下方最近邻的3个Al原子成键;尽管Al间隙对电子结构影响最大,但间隙Al原子并不与周围原子成键.无疑,相比于传统的电子结构分析方法,最大局域化Wannier函数方法更加直观便捷,能给出清晰的物理图景.

导电高分子的Wannier函数构造

由于导电高分子是宽能带体系;对于该体系来说,紧束缚近似下的SSH模型是过于粗糙的。本文对晶格原胞的波函数作了适当的线性组合,给出了导电高分子的Wannier函数。将其应用于一维方势阱模型,结果表明其局域性相当好。

六方AlN(0001)面极化性质的最大局域化Wannier函数方法研究

采用最大局域化Wannier函数方法,研究了六方AlN(0001)面的电子结构及其极化性质。发现由于表面电荷重新分布及离子移动,表面的极化显著大于体相结构中的极化值。逐层分析表面结构极化性质的变化,发现极化迅速衰减,经过大约10 Å厚度,达到体相结构中的极化值。研究结果对于理解基于AlN的表面吸附以及薄膜科技应用有着指导意义。

导电高分子能带的Wannier函数方法

导电高分子的Peierls不稳定性会在费米面上产生能隙,它将半满能带分裂成价带和导带,并使体系变为半导体.本文给出了在二聚化的基础上利用Wannier函数来计算导电高分子能带的一般方法,由此可改进紧束缚近似下的SSH 模型.我们把这一方法应用于聚乙炔链并采用二聚化的一维方势阱模型,其结果是极为令人满意的.

巧用Wannier函数分析局域坐标系下的晶体场劈裂

平面波和Wannier函数是固体电子结构的两种常用基组,灵活变换基组和坐标系可以方便理解晶体的电子结构.本文以铁磁半导体单层CrI3为例,通过最大局域化Wannier函数方法把平面波基组变换到局域坐标系下的Wannier基组,并在八面体局域坐标系下清楚地讨论单层CrI3的晶体场劈裂,阐明了体系电子结构和磁性.论文让学生加深了对不同基组概念的理解,并增强了其解决实际问题的能力.

空位对纤锌矿型AlN自发极化影响的最大局域化Wannier函数方法研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波超软赝势方法,计算了纤锌矿型AlN中引入不同电荷态的N空位和Al空位时结构中最大局域化Wannier函数,并根据Wannier函数的空间分布及空间分布的几何中心位置,对空位引起的晶体电子结构变化及[0001],[ˉ1010],[ˉ12ˉ10]晶向上的自发极化进行了研究.结果表明,利用最大局域化Wannier函数分析电子结构具有直观的特点,清晰地表明N—Al键具有较强的离子性.研究发现,N空位结构中悬挂键上电荷向空位处转移,而Al空位结构中悬挂键上电荷则远离空位,沿悬挂键方向移动到N原子一侧.同时发现,空位的引入破坏了[ˉ1010],[ˉ12ˉ10]晶向上的中心对称结构,产生了极化,且极化强度随着空位电荷态的增加而增大.在[0001]晶向上,随着N空位电荷态的增加,空位周围电子结构发生了剧烈变化,使得自发极化发生了逆转,极化强度随着电荷态的增加而增大;而在Al空位中,随着电荷态的增加,自发极化沿原方向显著增加,但没有发生极化反转.

Floquet变换及其在电子结构计算中的应用

Floquet变换是研究具有周期平移不变性算子的数学工具,本文从这个视角讨论了周期体系量子特征值问题的基本数学性质,由Floquet变换得到Bloch函数,通过Floquet逆变换定义Wannier函数.在此过程中,证明了作用于周期单元平方可积函数的算子H(k)的自伴性及预解集紧性、Wannier函数作为L^(2)(R^(d))基底的正交性与完备性.还证明了孤立能带关于的连续可微性,介绍了非孤立能带组的光滑化.最后,从Wannier函数的Floquet变换出发,介绍了能带的插值计算.

基于自洽GW方法的碳化硅准粒子能带结构计算

在多体微扰理论的框架下,分别采用G_0W_0方法和准粒子自洽GW方法计算3C-SiC和2H-SiC的准粒子能级.由一个平均Monkhorst-Pack网格点上的准粒子能级和准粒子波函数出发,结合最局域Wannier函数插值,得到3C-SiC和2H-SiC的自洽准粒子能带结构.3C-SiC的价带顶在Γ点,导带底在X点.DFT-LDA,G_0W_0和准粒子自洽GW给出的3C-SiC间接禁带宽度分别为1.30eV,2.23 eV和2.88eV 2H-SiC价带顶在Γ点,导带底在K点.采用DFT-LDA,G_0W_0和准粒子自洽GW方法得到的间接禁带宽度分别为2.12 eV,3.12 eV和3.75 eV.计算基于赝势方法,对于3C-SiC和2H-SiC的准粒子自洽GW计算给出的禁带宽度均比实验值略大.