一种基于元广义梯度近似的含时与介电函数依赖的固体材料光学性质计算方法

准确高效地计算固体材料的光学响应性质仍然具有挑战性。我们提出了一种基于元广义梯度近似（metaGGA）密度泛函的含时与介电函数依赖的方法，用于计算块体固体和二维单层材料的光吸收、激子结合能和本征激子寿命。该方法使用先进的metaGGA泛函描述能带结构，并使用介电函数mBSE（模型Bethe-Salpeter方程）来准确高效地捕获屏蔽效应以及电子-空穴相互作用。计算得到的块体Si、金刚石、SiC、MgO和单层MoS2的光吸收光谱与实验结果定性一致。来自mBSE的直接带隙固体Ar、NaCl和MgO的光吸收光谱中第一个显著峰的激子结合能与标准GW-BSE的结果定性一致。对于单层MoS2，mBSE预测的第一个显著峰的结合能定量准确，优于GW-BSE。对于此处考虑的材料，计算得到的本征激子寿命显示大多数明亮激子的寿命在几纳秒量级。所提出的metaGGA-mBSE方法被确立为一种计算高效且整体定性准确的替代方案，用于计算材料的光学性质。