用于扭转双层材料体系电子结构计算的扩展平面波框架
计算物理
2023-01-05 v1 材料科学
摘要
在本文中，我们提出一种扩展平面波框架，使扭转双层二维材料体系的电子结构计算在实际中可行。基于 [Y. Zhou, H. Chen, A. Zhou, J. Comput. Phys. 384, 99 (2019)] 的基础，进行了如下扩展：(1) 一种张量积基组，在非公度维度采用平面波（PWs），在层间维度采用局域基；(2) 我们近期开发的新型截断技术的实际应用；(3) 在小扭转角与弱层间耦合极限下的准能带结构图像。借助 (1) 和 (2)，哈密顿矩阵维度相较原框架降低了约 2 个数量级。而 (3) 使我们能更好地组织计算并理解结果。作为数值例子，我们研究了具有魔角扭转角（）的线性双层石墨烯晶格体系的电子结构。著名的平带被重现，其特征在定量上与实验及其他理论计算一致。此外，该扩展框架相比公度胞近似计算代价小得多，且相比传统模型哈密顿量与紧束缚模型更具可扩展性。最后，该框架可轻松容纳非线性模型，从而为更有效且精确的密度泛函理论（DFT）计算奠定基础。
引用
@article{arxiv.2301.01393,
title = {An extended plane wave framework for the electronic structure calculations of twisted bilayer material systems},
author = {Xiaoying Dai and Aihui Zhou and Yuzhi Zhou},
journal= {arXiv preprint arXiv:2301.01393},
year = {2023}
}