论 DFT-1/2 的自洽性

DFT-1/2 是局域密度近似 (LDA) 或广义梯度近似下密度泛函理论 (DFT) 的一种高效带隙修正方法。有建议指出，对于如 LiF 等高度离子性绝缘体应采用非自洽 DFT-1/2，而其他化合物仍应使用自洽 DFT-1/2。然而，该方法并未给出对于任意绝缘体应采用何种实现的定量判据，从而导致此方法存在严重歧义。本工作中，我们分析了在具有离子键、共价键及中间情形下的绝缘体或半导体中，自洽 DFT-1/2 与壳层 DFT-1/2 计算的自洽性影响，并表明即便对于高度离子性绝缘体，为获得整体更优的电子结构细节亦需要自洽。在自洽 LDA-1/2 中，自能修正使电子在阴离子周围更为局域化。LDA 众所周知的离域误差得到修正，但由于额外自能势的存在而出现了强烈的过修正。然而，在非自洽 LDA-1/2 计算中，电子波函数表明此种局域化远为严重且超出合理范围，因为哈密顿量中未计入强库仑排斥。非自洽 LDA-1/2 的另一常见缺陷在于成键的离子性被显著增强，且在如 $\mathrm{TiO_2}$ 等混合离子-共价化合物中带隙可异常偏高。本文还全面讨论了 LDA-1/2 诱导应力的作用。