用缺陷修补屏蔽近似加速点缺陷的 GW 计算

GW 近似已被广泛接受为一种包含多电子效应的缺陷能级第一性原理计算工具。然而，GW 模拟代价随体系尺寸急剧增加，而不幸的是，建模实验相关的低密度缺陷常需大型超胞。本工作中，我们提出通过降低多电子屏蔽的模拟代价来加速点缺陷的 GW 计算，后者是主要计算瓶颈。多电子屏蔽的随机相位近似被分为两部分：一是本征屏蔽，使用 pristine 结构的原胞计算；二是缺陷诱导屏蔽，在小能量窗口内使用超胞计算。针对具体缺陷，可能只需考虑本征屏蔽或需纳入缺陷贡献。该方法避免了超胞众多导带态的求和，显著缩短模拟时间。我们已将其应用于计算各类点缺陷，包括二维与块体体系中具有小或大带隙的中性与带电缺陷。结果与直接 GW 模拟一致，且在稀释缺陷极限下一致性进一步提升——该极限实验相关但对直接 GW 模拟极具挑战。这一缺陷修补屏蔽方法不仅厘清了缺陷在多电子屏蔽中的作用，也为快速筛选用于单光子源、量子比特与量子传感器等新颖应用的缺陷结构/材料铺平了道路。