r$^{2}$SCAN 泛函在过渡金属氧化物中的表现

我们评估了新近发展的元广义梯度近似 (metaGGA) 泛函—— restored regularized strongly constrained and appropriately normed (r$^2$SCAN)——在过渡金属氧化物 (TMO) 体系中的精度与计算效率，并将其表现与 SCAN 比较。具体地，我们以 SCAN 计算值与实验值为基准，对二元 3\textit{d} TMO 的 r$^2$SCAN 计算氧化焓、晶格参数、在位磁矩和带隙进行基准测试。此外，基于实验氧化焓，我们评估了每个过渡金属 (TM) 所需的优化 Hubbard \emph{U} 修正以提高 r$^2$SCAN 泛函的精度，并通过与其他含 TM 氧化物的实验性质比较验证了 \emph{U} 值的可迁移性。值得注意的是，除改善窄带隙 TMO 基态电子态的描述外，对 r$^2$SCAN 加入 \textit{U} 修正会增大 TMO 的晶格参数、在位磁矩和带隙。r$^2$SCAN 与 r$^2$SCAN+\textit{U} 计算的氧化焓遵循 SCAN 与 SCAN+\emph{U} 的定性趋势，且相较于 SCAN 与 SCAN+\emph{U}，r$^2$SCAN 与 r$^2$SCAN+\textit{U} 分别预测略大的晶格参数、更小的磁矩和更低的带隙。我们观察到 r$^2$SCAN(+\textit{U}) 所需的总计算时间（即所有离子+电子步）低于 SCAN(+\textit{U})。因此，r$^2$SCAN(+\textit{U}) 框架能以优于 SCAN(+\textit{U}) 的计算效率，对 TMO 的基态性质提供合理准确描述。