自动化的全泛函红外与拉曼光谱计算

红外与拉曼光谱因其快速、非破坏性的特点能够捕捉材料作为光谱指纹的特征，已成为众多实验实验室中普遍使用的技术。然而，这些测量常常需要理论支持以明确解读和归属复杂光谱。线性响应理论提供了获取所需高阶导数的有效途径，但其对现代交换关联泛函的适用性仍然有限。在此，我们设计了一种基于基态密度泛函理论与电焓泛函的自动化、开源、用户友好的方法，以实现第一性原理红外与拉曼光谱的无缝计算。通过采用有限位移与有限场方法，我们允许使用任意泛函，并对大型低对称性结构进行高效处理。此外，我们提出了一种利用不同电场高效采样布里渊区的简单方案。为展示我们方法的能力，我们以铁电 LiNbO$_3$ 晶体作为范例给出说明。我们使用多种（半）局域、Hubbard 修正以及杂化泛函预测了红外与拉曼光谱。我们的结果还表明，在此情形下 PBE0 与扩展 Hubbard 泛函分别在峰位与峰强方面给出最佳匹配。