从第一性原理计算声学变形势能的改进方法

本文利用密度泛函理论（DFT）和密度泛函扰动理论（DFPT），计算了硅（Si）、金刚石和立方硼氮化物（cBN）的能带结构、声子色散和电子-声子耦合矩阵。据此计算了多个电子波矢与声子波矢之间夹角的声学变形势能，并对纵向和声学模式的解析表达式进行拟合，以求得平均变形势能。从第一性原理计算变形势能的能力，使得无需依赖冗长的经验方法即可确定散射速率。对于硅，数值计算得到的变形势能与文献中所见情况高度一致。相比之下，针对金刚石计算得到的变形势能较以前文献所述者更大，但金刚石中散射参数的前向计算报告了广泛的数值范围，这可能源于每个模型所做出的假设。对于cBN的计算结果也与文献值高度吻合，尽管cBN尚无实验结果可供比较，本文将其值与估计值进行了对比。这表明可通过第一性原理计算稀缺实验数据材料的散射参数，从而提高对新兴材料电荷传输仿真输出的可信度。