InSb的高保真电子结构和性质：$G_0W_0$与贝叶斯优化的杂化泛函及DFT+$U$方法

本研究提出了一种使用先进\textit{从头算}技术计算锑化铟（InSb）电子结构的精细方法，其中In和Sb的$4d^{10}$半芯电子被包含在价态中。这些态使用完全相对论投影缀加波（PAW）和优化模守恒范德比尔特（ONCV）赝势进行建模。然而，使用这些赝势的标准Kohn-Sham密度泛函理论（DFT）计算，由于$5p$-$4d$排斥和自相互作用误差（SIE），通常在$\Gamma$点产生非物理的能带反转和错误的带隙。为解决这些问题，我们应用了杂化Heyd-Scuseria-Ernzerhof（HSE）交换关联（XC）泛函、通过准粒子$G_0W_0$的多体微扰理论（MBPT）以及DFT+$U$的组合，显著提高了能带结构相对于先前研究的准确性。使用贝叶斯优化框架来优化关键参数，包括HSE基XC泛函中的逆屏蔽长度（$\mu$）和Hartree-Fock（HF）交换分数（$\alpha$），以及DFT+$U$中的Hubbard $U$参数，从而显著改善了能带结构预测。这种方法产生了高精度的带隙、体模量、有效质量、Luttinger参数、价带宽度和$4d$带位置，实现了与实验数据前所未有的吻合。所得模型解决了长期存在的对InSb电子能带结构的不完整描述，并为跨不同材料系统的精确电子结构预测提供了一个可迁移的计算框架，为未来的电子、光电子、能源和量子应用提供了宝贵的见解。