锗的杂化泛函精确替代方案：DFT+α
材料科学
2025-12-10 v1
摘要
密度泛函理论 (DFT) 计算中体性质预测的准确性取决于交换关联泛函的选择。虽然 Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE) 泛函系统地高估晶格参数并严重低估电子能带隙，但 Heyd-Scuseria-Ernzerhof (HSE) 等杂化泛函在广泛的材料范围内提供了更好的整体一致性。以锗作为关键测试案例，我们挑战了这两种泛函捕捉半导体性质的能力。尽管 HSE 改善了 PBE 的能带隙误差，但它未能同时再现锗的正确 Γ-L 间接能带隙和 Γ-Γ 能带隙。注意到 PBE 低估了 4p 价带顶和 4s 导带底之间的能量分离，导致了非物理的 sp 混合，我们提出了 DFT+α，一种选择性应用于类 4s 轨道的半经验修正方案。对于锗，DFT+α 恢复了能带边的正确排序和轨道特征，并以杂化泛函计算成本的一小部分给出了精确的晶格常数、体模量、弹性常数和声子频率。
引用
@article{arxiv.2512.08857,
title = {An accurate alternative to hybrid functionals for germanium: DFT+$\alpha$},
author = {Abdulgaffar Abdurrazaq and Ruggero Lot and Antoine Jay and Gabriela Herrero-Saboya and Nicolas Richard and Layla Martin-Samos and Anne Hémeryck and Stefano de Gironcoli},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.08857},
year = {2025}
}