超越DFT的从头算计算用于精确预测亚GeV暗物质实验可达范围
高能物理 - 唯象学
2023-10-04 v1 介观与纳米尺度物理
高能物理 - 实验
摘要
随着轻暗物质（DM）搜索空间转向亚GeV DM候选粒子，由量子材料构建的固态探测器日益受到关注。尽管传统固态探测器靶材（如 Si 或 Ge）用于暗物质搜索已有数十年，但更复杂、各向异性且具窄带隙的材料，因可通过 DM-电子散射与吸收通道探测亚MeV暗物质而备受青睐。为判定一种新型靶材能否拓展轻 DM 搜索空间，需确定在该材料上开展的暗物质搜索于 DM 质量-DM电子散射截面参数空间中的预期可达范围。DM-电子散射率可由介电函数结合损耗函数从第一性原理算出，但这些预测的精度受限于计算介电函数所采用的第一性原理理论层级。本文以研究充分的半导体材料硅为案例，表明传统 Kohn-Sham 密度泛函理论（DFT）计算会错误高估预期实验可达范围。我们展示对硅而言，这可通过纳入 GW 近似中的自能修正得以纠正。此外，我们强调在预测下一代复杂 DM 探测器材料的实验可达范围时，须谨慎选取适当的理论层级。
引用
@article{arxiv.2310.00147,
title = {Beyond-DFT $\textit{ab initio}$ Calculations for Accurate Prediction of Sub-GeV Dark Matter Experimental Reach},
author = {Elizabeth A. Peterson and Samuel L. Watkins and Christopher Lane and Jian-Xin Zhu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2310.00147},
year = {2023}
}
备注
9 pages, 3 figures