基于万尼尔插值的谱与费米面性质

我们提出了一种高效的第一性原理方法，用于计算固体的费米面平均值和谱性质，并使用该方法计算了几种立方金属的低场霍尔系数和铁的磁圆二色性。第一步是进行常规的第一性原理计算，并存储在布里渊区均匀k点网格上计算得到的低能布洛赫函数。然后，我们将这些态映射到一组最大局域化万尼尔函数上，并计算哈密顿量及其他所需算符在万尼尔轨道之间的矩阵元，从而建立一个“精确紧束缚模型”。在这种紧凑表示中，k空间量可以使用广义斯莱特-科斯特插值廉价地计算。由于万尼尔函数在实空间中的强局域性，k空间插值的光滑性和准确性随着最初用于构造万尼尔函数的网格点数量的增加而迅速提高。这使得k空间积分能够以低成本实现从头算精度。在万尼尔表示中，输运和光学系数所需的能带梯度、有效质量和其他k导数可以解析地计算，即使在能带交叉和弱回避交叉附近也能产生数值稳定的结果。