最接近给定局域轨道集合的 Wannier 函数

提出了一种非迭代方法,基于距离度量函数的最小化,计算最接近给定一组局域引导函数(如原子轨道、杂化原子轨道与分子轨道)的最接近 Wannier 函数 (CWFs)。研究表明,该最小化可通过投影矩阵的极分解经奇异值分解直接实现,使得迭代计算以及由规范选择引起的复杂性变得无关。能带的退纠缠通过引入平滑变化的窗函数及更多 Bloch 函数而内在地得到处理,即便对于孤立能带亦如此。除原子与杂化原子轨道外,我们引入分子与体相中的嵌入分子轨道作为引导函数,并证明 Wannier 插值能带精确再现包括 Si、Cu、TTF-TCNQ 分子晶体以及 Bi$_2$Se$_3$ 拓扑绝缘体在内的多种系统的目标常规能带。我们进一步展示了所提方法在计算有效原子电荷方面的有用性。这些数值结果不仅确立了我们所提方法作为计算 WFs 的高效替代方案,也表明 CWFs 的概念可作为开发分析电子结构与计算物理性质新方法的基础。