SCAN 和 r2SCAN 密度泛函在过渡金属化合物中的进展与挑战
材料科学
2025-03-19 v1 强关联电子
摘要
具有空轨道 d 电子的过渡金属化合物 (TMC) 以晶格、电荷、轨道和自旋自由度之间复杂相互作用为特征，导致多样化的精彩应用。常表现出异域特性，因而这些化合物常被归类为受相关系统，due to 强电子-电子相互作用即 Hubbard U。这种内在复杂性给 Kohn-Sham 密度泛函理论 (KS-DFT) - 这一凝聚态物理和材料科学中最广泛使用的电子结构方法 - 带来了显著挑战。尽管 KS-DFT 在原理上对基态总能量完全成立，但其交换-关联能在实践中必须被近似。KS 实现的准均匀性，以及当前交换-关联密度泛函近似的局限性，导致人们认为 DFT 对受相关系统，特别是 TMC 不够。因此，常见的解决办法是将 DFT 与本地 Hubbard 类 U 校正相结合。近年来，强约束且恰当归一化 (SCAN) 密度泛函及其改进版本 r2SCAN 在准确描述 TMC 的结构、能量、电子、磁和振动性质方面取得了显著进展，挑战了传统观点。本综述探讨了 SCAN 和 r2SCAN 的设计原则，概述其在研究 TMC 方面的关键进展，解释这些改进的机制，并讨论了这一不断演变领域中剩余的挑战。
引用
@article{arxiv.2503.13852,
title = {Advances and challenges of SCAN and r2SCAN density functionals in transition-metal compounds},
author = {Yubo Zhang and Akilan Ramasamy and Kanun Pokharel and James W. Furness and Jinliang Ning and Ruiqi Zhang and Jianwei Sun},
journal= {arXiv preprint arXiv:2503.13852},
year = {2025}
}