赝原子轨道基组：ABO$_3$ 钙钛矿中的电子精度与软模畸变
计算物理
2022-02-16 v1 材料科学
摘要
众所周知，与母体立方结构相比，钙钛矿氧化物易于发生长波长的结构畸变。从第一性原理模拟的角度看，这需要包含成千上万个原子的精确计算；这一任务远超传统基于平面波的密度泛函理论（DFT）的能力范围。我们建议可利用大规模 DFT 代码 CONQUEST 中实现的方法，借助局域赝原子轨道（PAO）基组来填补这一空白。尽管该基组此前已针对某些结构与能量性质进行过测试，但尚无工作触及该理论最基础的量——电荷密度 本身。对 的准确描述对钙钛矿氧化物至关重要，因为由 Cochran 与 Anderson 的软模理论所指出的短程恢复力（以键的共价性为特征）与长程库仑力起着关键作用。我们发现，适度大小的 PAO 基组能将平面波电荷密度的总体积分误差复现到优于 0.5%，并提供 Bader 分区离子电荷、体积与平均电荷密度，达到相近的精度。此外，与平面波相比，PbZrO 的多模反铁电畸变及其相关能量被复现到优于 99%。本工作表明，使用高效紧凑的赝原子轨道基组进行的电子结构计算，可达到与高截断能平面波计算相同的精度。结合 CONQUEST 代码，如今可对成千上万个原子进行高电子与结构精度的计算，即便对于如钙钛矿氧化物般精细的体系亦可实现。
引用
@article{arxiv.2003.05327,
title = {The pseudoatomic orbital basis: electronic accuracy and soft-mode distortions in ABO$_3$ perovskites},
author = {Jack S. Baker and Tsuyoshi Miyazki and David R. Bowler},
journal= {arXiv preprint arXiv:2003.05327},
year = {2022}
}