关于固体中圆二色谱的全极小耦合 GW-BSE 框架：应用于手性二维钙钛矿
材料科学
2025-11-26 v1
摘要
圆二色谱（CD）及其他手性光学响应是探测固体中手性和动量空间几何结构的关键手段，但在具有强激子效应的周期性系统中，首-principles 计算仍具挑战性。本文在 GW 加上博尔-萨普尔方程（GW-BSE）框架下，开发了一种基于全极小耦合（FMC）的、用于 CD 的规范不变性第一性原理框架。与标准多极展开和求和-状态（SOS）方法不同，后者需要谨慎进行规范固定、收敛缓慢且存在原点歧义，FMC 直接在有限光子波矢处计算光学矩阵元，自然包含介导能级和接近退化能级的跃迁，同时将电偶极（ED）、磁偶极（MD）和电四极（EQ）贡献置于平等地位。应用于两个原型二维手性混合钙钛矿（S-NEA）2PbBr4 和（S-MBA）2PbI4，我们的计算表明 MD 和 EQ 通道对 CD 信号作出相等贡献。关键在于，只有在 FMC 中才能捕获的介导能级和准退化能级跃迁对 CD 光谱具有显著修改作用，尤其是在能级高度退化的系统中。因此，FMC 框架为预测复杂固体中的手性光电子现象提供了一种计算上高效且数值上稳健的途径。
引用
@article{arxiv.2511.19753,
title = {A Full Minimal Coupling GW-BSE Framework for Circular Dichroism in Solids: Applications to Chiral 2D Perovskites},
author = {Xian Xu and Diana Y. Qiu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.19753},
year = {2025}
}
备注
8 pages, 3 figures