广义 Kohn-Sham 理论中固体能隙的理解
材料科学
2017-07-05 v2 化学物理
摘要
周期性固体的基本能隙区分了绝缘体与金属，并表征了低能单电子激发。然而，精确乘法 Kohn-Sham (KS) 势的能带结构中的能隙大幅低估了基本能隙，这是 KS 密度泛函理论的一个主要局限。在此，我们给出了一个新定理的简单证明：在广义 KS 理论 (GKS) 中，如果 GKS 势算符是连续的，且在添加电子或空穴时密度变化是离域的，那么扩展系统的能带隙等于近似泛函的基本能隙。我们的定理解释了为何来自元广义梯度近似 (meta-GGAs) 和杂化泛函的 GKS 能隙比来自 GGA 甚至精确 KS 势的能隙更符合实际。该定理也可从早期工作中推导得出。GKS 单电子谱中的能带边也与可测量能量相关。氢分子线性链、固态砷化铝和固态氩提供了数值例证。
引用
@article{arxiv.1608.06715,
title = {Understanding Band Gaps of Solids in Generalized Kohn-Sham Theory},
author = {John P. Perdew and Weitao Yang and Kieron Burke and Zenghui Yang and Eberhard K. U. Gross and Matthias Scheffler and Gustavo E. Scuseria and Thomas M. Henderson and Igor Ying Zhang and Adrienn Ruzsinszky and Haowei Peng and Jianwei Sun and Egor Trushin and Andreas Görling},
journal= {arXiv preprint arXiv:1608.06715},
year = {2017}
}