用于固体电子结构计算的第一性原理多体方法。I. 方法描述

我们提出了一种新的、替代性的固体电子结构第一性原理计算方法，该方法经过专门调整，能够以比许多现有第一性原理方法更严格的方式处理多体效应。我们从针对有效单粒子哈密顿量的标准能带结构计算开始，该哈密顿量近似描述所关注的材料。这产生了一组合适的单粒子基函数，利用 Marzari 和 Vanderbilt 提出的方法，可以从这些基函数构造出良好局域的 Wannier 函数。在这个（最小）局域 Wannier 函数基组内，可以计算出非相互作用（单粒子）哈密顿量的矩阵元以及库仑矩阵元。结果是一个以第二量子化形式表示的多体哈密顿量，其参数由所关注材料的第一性原理计算确定。该哈密顿量采用第二量子化形式的多带哈密顿量（一种扩展的多带 Hubbard 模型），因此所有标准的多体方法都可以应用。我们明确展示了如何在最简单的多体近似，即平均场 Hartree-Fock 近似（HFA）中求解这一方法，该近似考虑了精确交换并修正了自相互作用效应。