线性扩张平面波 (LAPW) 方法中相对论效应的替代处理：对 Ac、Th、ThO2 和 UO2 的应用
材料科学
2026-04-14 v3
摘要
我们检讨了线性扩张平面波方法 (LAPW) 中相对论效应的影响，并提出了几种准确处理这些效应的方法：(1)我们引入新的 LAPW（布洛赫型）基函数的径向依赖形式，基于 Dirac 方程的两个实际径向解，用于 j=l-1/2 和 j=l+1/2 态。提议的径向 6p 函数从 Dirac p-1/2 解中获得更大权重，由于这一点，可以在平均情况下正确描述完全填满的 能带，即无需额外的 p-1/2 局部原子函数，如 LAPW+p-1/2 方法中所做的那样；(2)对于非相对论径向波函数的球对称势能组件，规范 LAPW 矩阵元应进行修正；(3)我们认为，对于半核 6p 态的真实自旋-轨道 (SO) 能级分裂，SO 相互作用常数 zeta(p) 应使用 6p-3/2 径向组件计算，因为采用规范混合的 6p-1/2 和 6p-3/2 组件得到的 zeta(p) 值会高估 SO 分裂。不同的相对论效应处理方式会使平衡晶格常数最多改变 0.15 Å，弹性模量最多改变 26 GPa。我们发现，在完整处理自旋-轨道耦合后，UO2 在费米能级处具有 0.2-0.4 eV 的禁带，此禁带对所有 k 矢量均持久存在，因此 UO2 应归类为半金属。我们还讨论了镱的电子能带结构的特殊性，这导致其晶格常数被高估。
引用
@article{arxiv.2511.00442,
title = {Alternative treatment of relativistic effects in linear augmented plane wave (LAPW) method: application to Ac, Th, ThO2 and UO2},
author = {A. V. Nikolaev and U. N. Kurelchuk and E. V. Tkalya},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.00442},
year = {2026}
}
备注
12 pages, 5 figures