ZnO-$w$ 相中的氧空位：赝杂化 Hubbard 密度泛函研究

在均匀电子气近似下对氧化锌的研究，导致锌 $3d$ 壳层与氧 $2p$ 壳层的过度杂化，这是大多数过渡金属硫族化物所表现出的问题。该问题可通过使用 LDA+$U$（或 GGA+$U$）方法部分克服。然而，与锌 $3d$ 轨道不同，Hubbard 型修正通常不用于氧 $2p$ 轨道。本工作从第一性原理出发，采用两种 Hubbard 型修正 $U_{\mathrm{Zn}-3d}$ 和 $U_{\mathrm{O}-2p}$，给出 ZnO 超胞中氧空位的电子结构计算结果。我们的数值模拟结果清楚地揭示，计入 $U_{\mathrm{O}-2p}$ 对体相 ZnO 的性质有显著影响，特别是弛豫晶格常数、载流子有效质量以及带隙。对于一组经过验证的 $U_{\mathrm{Zn}-3d}$ 和 $U_{\mathrm{O}-2p}$ 值，我们展示了与氧空位相关的局域态出现在 ZnO 超胞的带隙中。我们的数值发现表明，该缺陷态的特征是与导带态具有最高的重叠，这与未包含 Hubbard 型修正的计算结果一致。我们认为，缺陷态的电子密度主要由最靠近空位的 Zn 原子决定。