半导体与绝缘体电子结构的温度依赖性

在许多含轻原子的材料中，由电子-声子耦合引起的电子本征能量重整化是显著的。这一效应在 ab-initio 计算中常被忽略，但可利用基于微扰的 Allen-Heine-Cardona 理论在绝热或非绝热谐波近似下计算。在简要描述该领域近期众多进展并概览该理论后，我们聚焦于声子波矢采样收敛性问题，此问题迄今知之甚少。实际上，重整化是通过在布里渊区（BZ）内的 q 点采样数值获得的。对于靠近 G 的 q 点，我们表明在电子-声子矩阵元中出现了由非零 Born 有效电荷引起的发散，导致能带极值处对 BZ 的积分发散。尽管对于非极性材料它应消失，但 ab-initio 计算中通常存在非物理的残余 Born 有效电荷。在此，我们提出一种将耦合 q 点收敛性显著改善的方案。对于极性材料，问题更严重：积分的发散在绝热谐波近似下不消失，而仅在非绝热谐波近似下消失。在所有情形下，我们详细研究了当 q 点采样趋于无穷且虚部展宽参数趋于零时重整化的收敛行为。这使得外推成为可能，从而为实现极性与非极性材料重整化收敛的系统方法奠定基础。最后，带有针对发散问题修正的绝热与非绝热理论被应用于五种半导体与绝缘体的研究：a-AlN、b-AlN、BN、金刚石与硅。对于这五种材料，我们给出了零点重整化、温度依赖性、声子诱导的寿命展宽以及重整化后的电子能带结构。