金刚石与硅的有限温度电子结构

通过 Allen 形式 [Phys. Rev. B 18, 5217 (1978)]，在基于第一性原理赝势的密度泛函总能量计算中计入电子-声子相互作用对电子能量的贡献，从而获得金刚石与硅的温度依赖电子结构。该方法使我们能以直接且计算代价低廉的方式得到热平均的第一性原理电子结构。我们对金刚石与硅有限温度电子结构的研究引出了一个新的判据——温度可移植性，这是用于温度依赖研究的第一性原理赝势所要求的。本文所用 Troullier-Martins 赝势的温度可移植性强烈依赖于截断半径以及未占据的 3d$^0$ 态的纳入。有限温度间接带隙对赝势中截断半径的选择高度敏感。有限温度能带结构与态密度表明，热振动影响了价带和导带中全范围的电子能量。我们将带隙移动结果与 Allen-Heine 理论中 Debye-Waller 项的贡献进行比较，并讨论在零点与高温带隙移动中观察到的差异。尽管最高占据价带与最低未占据导带中的电子能量移动可用于获得有限温度下间接与直接带隙的变化，其他电子能级随温度的移动使得对成键区有限温度价电荷分布的研究成为可能。因此，我们证明 Allen 理论提供了一种简单且理论自洽的形式体系，可获得超越刚性赝原子近似的有限温度价电子电荷密度。