基于 Koopmans 合规泛函的水的电子结构
计算物理
2021-06-24 v1
摘要
对液态水谱性质的精确理论描述对分子动力学(MD)与电子结构方法均构成挑战。相较于格林函数方法，Koopmans 合规泛函的较低计算成本允许模拟大量 MD 轨迹，其描述接近最先进的准粒子自洽 GW 加顶点修正方法(QSGW+f)。因此，我们探究了在使用不同 MD 方法(从经典 MD 到第一性原理 MD，并包含核量子效应)时水的谱性质。我们观察到不同 MD 方法导致平均带隙多达 1 eV 的变化，因而我们聚焦于带隙随系统几何性质的依赖关系以解释此种离散。我们评估了带隙因分子内 O-H 键长、HOH 角以及分子间氢键 OO 距离和 OHO 角变化而产生的改变。我们观察到主导贡献来自 O-H 键长；OO 距离起次要作用，其他几何性质对带隙无显著影响。此外，我们分析了电子态密度(DOS)，其中 KIPZ 泛函与采用准粒子自洽 GW 加顶点修正的最先进方法所得 DOS 吻合良好。O-H 键长也显著影响 DOS。当考虑核量子效应时，观察到由 O-H 键长更宽分布驱动的峰展宽，从而与实验光电子能谱更为接近。
引用
@article{arxiv.2106.11994,
title = {Electronic structure of water from Koopmans-compliant functionals},
author = {James Moraes de Almeida and Ngoc Linh Nguyen and Nicola Colonna and Wei Chen and Caetano Rodrigues Miranda and Alfredo Pasquarello and Nicola Marzari},
journal= {arXiv preprint arXiv:2106.11994},
year = {2021}
}