用于识别拓扑材料中能带翻转的扩散蒙特卡罗方法
强关联电子
2024-12-20 v1 化学物理
摘要
拓扑绝缘体以绝缘的体态和鲁棒的金属表面态为特征。能带翻转是拓扑绝缘体的标志：在Brillouin区的时间反演不变点上，自旋轨道耦合（SOC）会导致轨道字符在体能带边缘的交换。在本工作中，我们发展了一种新方法，用于在能够准确处理电子关联和自旋轨道耦合的连续量子蒙特卡罗（QMC）方法中检测能带翻转。我们的做法利用L"owdin方法和使用扩散蒙特卡罗（DMC）产生的简谱密度矩阵 throughout 第一个Brillouin区进行动量空间分辨的原子 populations 分析。我们将该方法集成到QMCPACK——一个开源的原子QMC软件包中，以便这些固态方法可用于补充实验研究并验证先前的DFT工作，对预测相关拓扑绝缘体的能带结构。我们在显示能带翻转的拓扑绝缘体硅碖化物（bismuth telluride）上演示了这一新技术。在其Bi-p态和Te-p态的点之间发生能带翻转。我们显示在包含SOC和不包含SOC的能带结构之间的比较中，硅碖p轨道的电荷增加，而硒碖p轨道的电荷减少。此外，我们使用该方法将单层BiTe（无层间范德华相互作用）的能带翻转程度与 Bulk中看到的能带翻转进行比较。本文所述的方法将为未来的许多体系研究能带翻转提供可能的途径，从而为理解相关拓扑材料中关联与拓扑之间的微妙相互作用提供见解。
引用
@article{arxiv.2412.14388,
title = {Identifying Band Inversions in Topological Materials Using Diffusion Monte Carlo},
author = {Annette Lopez and Cody A. Melton and Jeonghwan Ahn and Brenda M. Rubenstein and Jaron T. Krogel},
journal= {arXiv preprint arXiv:2412.14388},
year = {2024}
}