Effects of magnetic dopants in (Li$_{0.8}$M$_{0.2}$OH)FeSe (M = Fe, Mn, Co): a density-functional theory study using band unfolding technique
采用基于第一性原理超原胞计算的能带展开（$k$ -投影）方法研究了Fe掺杂对（Li $_{0.8}$ Fe $_{0.2}$ OH）FeSe电子能带结构的影响.在LiOH层中掺杂20% Fe对能带结构有显著的影响，即Fe杂质对FeSe层的电子掺杂不仅使费米能级发生移动，而且使费米能级附近的能带轮廓发生显著变化.然而，掺杂剂中的磁有序对能带结构的影响很小，这是由于在LiOH和FeSe层之间仅存在弱键合的事实。表面FeSe层的电子能带在费米能级的位置和高对称点附近的能带细节上与内层的电子能带有明显的不同。表面FeSe层的能带结构与角分辨光电子能谱结果一致，其中Fe原子处于棋盘式反铁磁顺序。Mn和Co的掺杂对（LiOH）FeSe的能带结构有相似的影响。
2017-12-15 cond-mat.mtrl-sci
Projection operator approach to unfolding supercell band structures
虽然能带结构展开的方法已经出现在几个出版物中，但通过使用$k$ -投影方法可以大大简化展开公式的原始推导。在这项工作中，更透明的推导展开谱权重使用投影算子的方法。一系列的说明性的例子，其中包括有限和随机的一维链，和凯库勒纹理蜂窝晶格。
2015-07-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Electronic state unfolding for plane waves: energy bands, Fermi surfaces and spectral functions
现代计算设备允许使用第一原理密度泛函理论研究材料中复杂的物理和化学现象，这需要大型超原胞来正确地模拟系统。然而，超晶胞与倒易空间中的小布里渊区相关联，导致折叠的电子本征态，使得分析和解释极具挑战性。已经提出并开发了各种技术，以便重构展开到理想原始单元的倒易空间中的超级单元的电子能带结构。在这里，我们提出了一个有效的展开方案直接嵌入在维也纳从头算模拟包（VASP），需要适度的计算资源，并允许从倒易空间的超胞到原始细胞布里渊区的自动化映射。该算法可以计算能带结构、费米面和谱函数，并使用一个集成的后处理工具（bands4vasp）。在这里，该方法被应用到各种复杂的物理情况下选择：掺杂的影响在BaFe $_{\rm 2(1-x)}$ Ru $_{\rm 2x}$ As $_2$超导体的能带色散，吸附和极化态之间的相互作用的TiO $_2$（110）表面，和带分裂诱导的非共线自旋涨落在EuCd $_2$ As $_2$。
2021-05-26 cond-mat.mtrl-sci
Mode-decomposition based on crystallographic symmetry in the band-unfolding method
带展开方法是从超原胞模型出发计算无序系统有效能带结构的一种常用方法。未折叠的能带结构显示了底层结构的晶体学对称性，其中忽略了化学成分的差异和局部原子弛豫。然而，仍然难以将未折叠的能带结构分解成基于基础结构的晶体学对称性的模式，因此，未折叠的能带结构的详细分析受到限制。在这项研究中，我们开发了一个程序来分解的展开能带结构根据小集团的小表示（SR）。为此，我们基于群表示理论导出了SR的投影算子。我们还介绍了另一种类型的化学元素的投影算子，这使我们能够分解的展开能带结构的化学元素的不同组合的贡献。利用现有的方法，我们研究了无序面心立方Cu 0. 75 Au 0. 25的声子能带结构.由于化学无序，Cu 0. 75 Au 0. 25的原子质量和力常数在原子位置之间有很大的变化.我们发现在未折叠的声子能带结构中出现了一些特殊的行为，如不连续和分裂分支。它们的出现是因为化学元素的不同组合导致了不同的频率区域。
2016-11-04 cond-mat.mtrl-sci
Temperature-dependent Electronic Spectral Functions from Band-Structure Unfolding
本文在FHI-aims中实现了能带展开技术，用于非微扰计算温度依赖的电子谱函数，以克服高温下谐波近似和线性电子-声子耦合的局限。
2024-11-07 cond-mat.mtrl-sci
Unfolding Bloch States in Disordered Systems
Chungbuk National University（忠北国立大学）；Advanced-Basic-Convergence Research Institute, Chungbuk National University（忠北国立大学先进基础融合研究所）；Korea Institute for Advanced Study（韩国高等研究院）；Ewha Womans University（梨花女子大学）；Institute for Multiscale Matter and Systems, Ewha Womans University（梨花女子大学多尺度物质与系统研究所）；Northeastern University（东北大学）；Jilin University（吉林大学）；State Key Laboratory of Integrated Optoelectronics, College of Electronic Science and Engineering, Jilin University（吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点实验室）
本文提出了一种在无序系统中展开布洛赫态的方法，用于研究缺陷石墨烯中波函数层面的响应，如 Berry 曲率的重新分布。
2026-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Uncovering vacuum level in infinite solid by real-space potential-unfolding
虽然真实物质的尺寸是有限的，但电子结构理论是建立在无限大固体的假设上的，这导致了一个长期的争议：真空度在哪里？在这里，我们介绍了一个解析实空间潜力展开的方法来揭示无限大固体的真空水平。第一性原理计算表明，在没有物理表面的情况下，通常相对于平均体电位测量的体能带结构被相对于真空水平的未知的和取向相关的体四极杆所抵消。通过确定一个散装固体的内在贡献，其表面和界面特性，我们的理论消除了周围的物质之间的带对齐的物理起源的歧义。
2020-07-13 cond-mat.mtrl-sci
First principles study and empirical parametrization of twisted bilayer MoS2 based on band-unfolding
我们用密度泛函理论研究了扭转双层$\textrm{MoS}_2$的能带结构和弹道电子输运。展开该类螺旋带以在原始未扭曲的$\textrm{MoS}_2$双层的原始晶胞中产生能带结构，并投影到单独的层上。从展开的能带结构中提取相应的扭转角相关的间接带边。基于同一原胞内的比较，建立了间接导谷和间接价谷的有效双带有效质量模型，并通过拟合未折叠的能带结构进行参数化。利用双带有效质量模型，计算了任意扭曲双层$\textrm{MoS}_2$的弹道传输特性。
2016-06-06 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Phonon Unfolding: A program for unfolding phonon dispersions of materials
我们提出声子展开，一个用于展开声子色散的Fortran 90程序。该方法利用广义投影算法展开声子色散，原则上可用于任何类型的原子系统。因此，我们目前的程序提供了一个非常有用的工具，声子色散和振动模式分析的表面重建，原子点缺陷，合金和玻璃。
2016-02-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Layer k-projection and unfolding electronic bands at interfaces
k-投影方法提供了一种分离异质结构体系中不同组分的贡献的方法，并且可以作为连接实验和计算结果的辅助手段。我们表明，该技术可用于“展开”计算的界面和超晶胞的电子带，并提供本地能带结构通过整合的投影状态在指定区域的空间，一个步骤，可以有效地使用快速傅立叶变换实现。我们应用该方法来研究异质结构中的界面的影响，异质结构由H-饱和SiC（0001）上的石墨烯双层，铁磁半导体CrI 3上的BAs单层，Ag（111）上的硅烯组成，以及Bi 2Se 3表面。我们的研究结果表明，在狄拉克点周围的石墨烯双层的能带结构是强烈依赖于SiC（0001）的终止：在C面，石墨烯是n掺杂和~0.13 eV的间隙打开，而在Si面，石墨烯基本上是不变的和中性的。我们发现，对于BAs/CrI 3，磁邻近效应可以有效地诱导自旋分裂高达约50毫电子伏的BAs。对于silicene/Ag（111），我们的计算重现了角分辨光电子能谱的结果，包括在Ag（111）的第一布里渊区边缘的线性色散带;尽管这些状态是由silicene覆盖层和衬底之间的相互作用引起的，但我们证明它们不是Dirac状态。
2018-12-26 cond-mat.mtrl-sci
Unfolding the band structure of disordered solids: from bound states to high-mobility Kane fermions
超原胞常用于从头计算中，以模拟化合物合金、表面和缺陷。超原胞电子结构计算的主要挑战之一是恢复受无序扰动的电子本征态的布洛赫特征。在这里，我们应用光谱重量的方法展开的电子结构的III-V族和II-VI族半导体固溶体。说明性的例子包括：稀Ga（PN）中类施主态的形成及其旋光性的增强，稀GaAs：Bi中价带反交叉的直接观察，以及三元（HgCd）Te合金中伴随着高迁移率Kane费米子出现的拓扑带交叉。该分析有助于解释合金的光学和输运特性，否则在传统的第一性原理超晶胞计算中是模糊的。
2014-09-11 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Unfolding optical transition weights of impurity materials for first-principles LCAO electronic structure calculations
将Kubo-Greenwood公式与展开方法相结合，建立了一种分析光学跃迁的方法，构造了一个具有光学跃迁权重的展开电子能带结构，从而研究了杂质、空位和结构畸变等缺陷对光学跃迁的影响.基于Kubo-Greenwood公式，我们首先基于使用原子轨道的线性组合的第一性原理电子结构计算来计算频率依赖的光学电导率。利用原子轨道基组，在对所有$k$点和带求和之前，可以将频率相关的光学电导率追溯到它们的各个分量。结果，材料的光学跃迁权重可以放在展开的电子能带结构上，以显示在不同的$k$点和带处的贡献。这种方法特别适用于研究由于材料中杂质的存在而导致的光学跃迁中对称性破缺的影响。作为示范，在电子能带结构中示出了单层Si掺杂石墨烯的分解的光学跃迁权重。
2020-08-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Band unfolding with a general transformation matrix: from code implementation to interpretation of photoemission spectra
本文扩展了 fold2Bloch 软件包，通过引入任意变换矩阵实现超胞与原胞间的能带展开，克服了传统仅缩放晶格矢量的限制，并支持原胞与惯用胞转换及旋转，成功应用于 Sr$_2$IrO$_4$ 和 SrIrO$_3$ 的 ARPES 数据解释。
2023-01-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.comp-ph
KPROJ: A Program for Unfolding Electronic and Phononic Bands
该研究介绍了KPROJ程序，它基于k投影方法展开超胞模型材料的电子和声子能带结构，支持局域能带分析并与多种第一性原理代码对接，提升了材料能带计算的效率与灵活性。
2025-04-16 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Brillouin zone unfolding method for effective phonon spectra
热性质在现代电子器件和纳米结构中具有重要意义。当设备由纯材料制成时，计算这些属性是简单的，但当使用合金时就会出现问题。具体来说，只有近似能带结构可以计算随机合金和最常见的虚拟晶体近似（VCA）使用。展开方法[T. B. Boykin，N.哈尔切湾Klimeck和M. Korkusinski，J. Phys.：康登斯马太福音19，036203（2007）.]已被证明是非常有用的紧束缚计算的合金电子结构，没有在VCA的问题，和紧束缚和价力场方法之间的声子问题的数学类比表明，他们在这里也被采用。然而，这两个问题的物理性质存在一些差异，需要对电子结构方法进行修改。因此，我们推导出一个声子合金能带结构（振动模式）的方法，我们的紧束缚电子结构方法的基础上，修改带测定方法，以适应不同的物理情况。利用这种方法，我们研究了In $_x$ Ga $_{1-x}$ As合金，发现与现有的实验结果非常吻合。
2014-07-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Evolution of flat bands in MoSe$_2$/WSe$_2$ moiré lattices: A study combining machine learning and band unfolding methods
本研究结合从头算与机器学习方法，探究MoSe₂/WSe₂莫尔晶格平带演化，揭示不同谷平带的调控机制与角度依赖特性。
2024-12-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Band Unfolding via the Quadratic Pseudospectrum
Purdue University（普渡大学）；University of New Mexico（新墨西哥大学）；Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）
本文提出一种基于伪谱方法的带展开框架，用于处理无精确周期性的系统，揭示有限系统中的本征行为，通过在纤维链等系统中验证，展示了其在非周期、无序和有限系统中的应用潜力。
2026-05-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other math-ph
Lifshitz Transition and Superconductivity Enhancement in High Pressure $cI$16 Li
利用第一性原理展开方法研究了高压下$cI$ 16 Li的费米面拓扑结构.我们发现在$\sim$ 43 GPa处发生了Lifshitz转变，这解释了实验观察到的超导增强向低压的异常开始。此外，我们确定，与以前的报告相比，额外的嵌套矢量，有助于$cI$ 16结构稳定性。我们的研究强调了三维展开分析的重要性，费米表面拓扑结构和一般的不稳定性的第一性原理研究。
2013-11-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Vibrational properties of graphene nanoribbons by first-principles calculations
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了石墨烯纳米带的振动性质。我们证实了具有扶手椅型和锯齿型边缘的石墨烯纳米带的声子模式可以被解释为基本振荡及其泛音。这些示出了对纳米晶宽度的特征依赖性。此外，我们表明，纳米带的计算出的伽玛点声子频率到石墨烯的声子色散的映射对应于纳米带的布里渊区到石墨烯的布里渊区的“展开”。我们考虑了自旋态对锯齿形纳米带声子谱的影响，并将我们的结果与过去的研究进行了比较。
2009-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Effective Electronic Structure of Monoclinic $β-(Al_xGa_{1-x})_2O_3$ alloy semiconductor
本文以$β-Ga_2O_3$为体相晶体，计算了$β-(Al_xGa_{1-x})_2O_3$合金体系的电子能带结构。利用能带展开技术，得到了铝原子相对于镓原子的12.5%~ 62.5%的有效能带结构\textit{(EBS)}.一个160个原子的超原胞是用来模拟的无序系统，是使用特殊的准随机结构，模仿一个真正的随机合金的网站相关性，并减少了由于大量的枚举合金占领网站所产生的配置空间的技术。无序的影响，然后进行评估的电子有效质量和带隙下的广义梯度近似\textit{(GGA)}计算。无序系统的EBS给出了一个洞察的效果的损失的平移对称性的能带拓扑结构，表现为频带展宽，并可以用来评估无序诱导的散射率和电子寿命。这种能带展开的技术可以进一步扩展到合金声子色散，随后声子寿命也可以从能带展宽进行评估。
2022-07-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
A general group theoretical method to unfold band structures and its application
提出了一种利用群论技术将超原胞计算的能带展开到原始布里渊区的一般方法，其中引入了一个同构因子群，通过直积将原始平移群与超原胞平移群连接起来.从平移群对称性出发，我们的方法给出了基于不同基组的展开方法的统一描述，因此，应该很容易在紧束缚模型和使用不同基组的现有从头算代码包中实现。这使得该方法适用于各种问题，涉及使用的超细胞，如缺陷，无序和界面重建。作为一个实际的例子，我们计算了单层FeSe在SrTiO $_3$上的棋盘格和共线反铁磁自旋组态的电子性质，说明我们的方法的潜力。
2014-03-05 cond-mat.mtrl-sci
Realization of intrinsically broken Dirac cones in graphene via the momentum-resolved electronic band structure
基于能带展开的概念，提出了一种区分能量-动量关系和能量-晶体动量关系的能带结构表示方法。这种动量分辨的能带结构提供了更好的理解的物理过程，需要在动量空间中的波函数的信息，并提供了一个很好的描述角分辨光电子能谱学（ARPES）光谱与仍然信息丰富的能带结构。遵循这种方法，我们证明了石墨烯中的狄拉克锥在动量空间中本质上是破碎的，并且可以用比原始晶胞小的概念晶胞来描述。这种隐藏的自由度可以通过ARPES实验作为缺失的权重来测量，缺失的权重可以通过线性和圆偏振光探测手性和Berry相位来恢复。有了能量-动量关系，我们提供了另一种理解的检索的动量强度，即检索的动量强度是辅助的末态的属性，而不是直接从狄拉克锥。所揭示的破碎的狄拉克锥和由晶格提供的动量为设计先进的纳米器件提供了有趣的成分。
2018-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio study on the atomic and electronic structures of twisted InSe bilayer
用大尺度密度泛函理论研究了InSe双分子层的电子性质.谱函数展开表明，扭曲系统的电子结构可以描述在对齐的InSe双层的带结构的特征的组合与不同的堆叠配置，使预测的带隙和空穴的有效质量。扭曲的InSe双层中的空穴的有效质量被示出为主要由层间距离的影响。层内和层间激子的结合能，从而计算的基础上最近开发的模型Ruiz-Tijerina等人。我们应用类似的分析三层异质结构的InSe/hBN/InSe：其电子结构被证明是很好地描述的叠加的能带结构的两个InSe单层与一个小的耦合通过hBN层。
2022-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Tunable band gap of graphane nanoribbons under uniaxial elastic strain: a first-principles study
在这封信中，我们调查的扶手椅和锯齿形石墨烷纳米带的应变诱导带隙调制的基础上的第一性原理计算。在弹性范围内，带隙随单轴应变呈线性变化，其中石墨烷纳米带隙对压缩变形比拉伸变形更敏感。带隙变形主要来源于应变下石墨烷纳米带的价带边的位移。我们的研究结果暗示了石墨烯纳米带在压力传感器和光电子学应用中的巨大潜力。
2011-11-28 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio study of band gap properties in novel metastable BC8/ST12 Si$_x$Ge$_{1-x}$ alloys
Si和Ge的立方$Ia\bar{3}$（BC 8）和四方$P4_32_12$（ST 12）高压改性是在光电、热电或等离子体器件中应用的有吸引力的候选者。Si $_x$ Ge $_{1-x}$合金在BC 8/ST 12改性中可以帮助克服纯相的间接和窄带隙，并能够针对特定用例进行定制。实验发现，这种合金在从高压合成中释放后在环境条件下是稳定的，然而它们的基本性质尚不清楚。在这项工作中，我们采用{ \it ab initio}计算的基础上密度泛函理论（DFT），调查这些化合物的电子性质作为组成$x$的函数。通过构造特殊的准无规结构（SQS），将其能带展开到相应的原胞，得到了中间合金的有效能带结构。此外，我们表明，间接带隙的ST 12锗端元可以被调谐，成为直接在$x_\text{Si} \approx 0.16$。最后，我们的研究还表明，BC 8修改，另一方面，是不敏感的组成变化，是一个狭窄的直接带隙半导体仅在纯Si的情况下。
2020-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Does Silicene on Ag(111) Have a Dirac Cone?
我们利用基于密度泛函理论的第一性原理计算，研究了Ag（111）表面硅烯中Dirac锥的存在性问题，得到了其能带结构.通过将超原胞布里渊区的能带结构展开为原胞的能带结构，然后投影到Ag和硅烯子系统上，证明了Ag（111）上硅烯中的狄拉克锥被破坏。我们的结果清楚地表明，在角分辨光电子能谱（ARPES）[P.Vogt等人，Phys.Rev.Lett. 108，155501（2012）]和扫描隧道光谱学（STS）[L. Chen等人，Phys.Rev.Lett. 109，056804（2012）]来自Ag基底而不是来自硅烯。
2013-02-23 cond-mat.mtrl-sci
First-principles Floquet analysis from real-time propagation
Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter（马克斯·普朗克结构动力学研究所）；Center for Free-Electron Laser Science（自由电子激光科学中心）；Università degli Studi di Palermo（巴勒莫大学）；The Flatiron Institute（平顿研究所）
提出从传播波函数提取准能量和弗洛凯态的实时弗洛凯分析方法，通过重构演化算符避免构建扩展哈密顿量，引入展开程序解决简并问题，可分析光驱动电子结构。
2026-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Quasiparticle band structures of bulk and few-layer PdSe2 from first-principles GW calculations
我们进行了第一性原理密度泛函理论（DFT）和GW计算，以调查电子结构的体和少层PdSe 2。我们得到了PdSe_2体材料的准粒子能带结构，得到的能隙与文献报道的实验值吻合得很好。对于单层和双层PdSe 2，我们获得了相对于真空能级的准粒子能带结构。我们详细分析了DFT和GW的能带结构，发现了价带最大值和导带最小值的k空间位置、有效质量、准粒子态密度、功函数、电离势、电子亲合势以及电子和空穴袋的k空间形状。这些结果为基础研究和器件应用的发展提供了基础。
2021-09-01 cond-mat.mtrl-sci
Band structure of molybdenum disulfide: from first principle to analytical band model
简单的能带模型如有效质量近似（EMA）可用于快速获得单层二硫化钼能带结构的低能区。但EMA能带模型不能正确描述高能区的能带结构。为了解决这个主要问题，我们提出了一个分析带计算（ABC）模型来研究单层二硫化钼。通过对第一性原理（FP）方法得到的单层二硫化钼的三向能带结构进行拟合，得到了ABC模型的重要参数。所提出的ABC模型与单层二硫化钼的FP能带结构计算结果吻合较好。我们还使用ABC模型来计算载流子输运中使用的物理量，如态密度和群速度。我们的ABC模型可以扩展并进一步用于计算二维半导体材料弹道输运的关键物理量。
2022-05-04 cond-mat.mtrl-sci
Band offset of GaAs/AlxGa1-xAs heterojunctions from atomistic first principles
采用原子第一性原理方法，研究了Al掺杂浓度0<x<=1时GaAs/AlxGa 1-xAs异质结的能带偏移.我们应用相干势的方法来处理配置平均的Al掺杂和最近提出的半本地交换势，以准确地确定材料的带隙。计算的GaAs、AlAs晶体的能带结构和GaAs/AlxGa_（1-x）As合金的带隙与实验结果符合得很好。我们预测了GaAs/AlxGa 1-xAs异质结的价带偏移量与Al浓度x在VBO（x）~0.587 x范围内呈线性关系，导带偏移量与x呈非线性关系.与相应的实验数据进行了定量比较。
2013-04-05 cond-mat.mtrl-sci
Accurate first-principle bandgap predictions in strain-engineered ternary III-V semiconductors
本文提出基于TB09密度泛函、能带展开和特殊准随机结构的计算协议，高效预测三元III-V半导体带隙随组分和应变的变化，并绘制多种材料的带隙相图以指导光电器件设计。
2023-06-26 cond-mat.mtrl-sci
Strain-Induced Conduction Band Spin Splitting in GaAs from First Principles Calculations
本文采用最近发展起来的自洽GW近似，对GaAs在[110]应变下导带自旋分裂进行了第一性原理计算。自旋-轨道相互作用作为相对论性哈密顿量的微扰被考虑。这些是第一次计算的导带自旋分裂变形下的准粒子方法的基础上，因为自洽GW计划准确地再现了相关的带参数，预计将是一个可靠的预测自旋分裂。我们还讨论了[110]应变下的自旋弛豫时间，并表明它具有面内各向异性，可以利用它来获得实验导带自旋分裂的大小和符号。
2008-06-26 cond-mat.mtrl-sci
First-principles calculation of the band offset at BaO/BaTiO$_3$ and SrO/SrTiO$_3$ interfaces
我们报告的第一性原理密度泛函赝势计算的原子结构，电子性质，和带偏移的BaO/BaTiO $_3$和SrO/SrTiO $_3$纳米异质结生长在硅衬底上。在结的态密度没有揭示任何电子诱导的界面态。一个占主导地位的钙钛矿字符被发现在界面层。研究了带偏移量随衬底应变条件的可调性。使用先前报道的Si/SrO、Si/BaO和BaTiO $_{3}$ /SrRuO $_{3}$界面的理论数据，我们推断出沿整个技术感兴趣的栅堆叠的能带对准值：Si/SrO/SrTiO $_3$和Si/BaO/BaTiO $_3$ /SrRuO $_3$异质结构。
2002-10-30 cond-mat.mtrl-sci
First principles calculation of the valence band offsets for \b{eta}- polytype of A3B6 layered crystals
基于密度泛函理论，从第一性原理出发，研究了\b{eta}型A3 B6层状化合物的价带偏移随晶体厚度的变化.为了模拟给定厚度的结构，使用周期性板模型。由几层组成的两个相邻的晶体板被两层宽度的真空区域分开。结果表明，当晶体厚度大于12层时，光阈值几乎与晶体厚度无关。
2016-04-11 cond-mat.mtrl-sci
The Rashba Scale: Emergence of Band Anti-Crossing as a Design Principle for Materials with Large Rashba coefficient
低对称性化合物中自旋-轨道诱导的能带自旋分裂（拉什巴效应）与自旋电子学应用和固体对称性破缺的基本理解有着长期的相关性，但在不同材料中控制其大小的知识很难预测。事实上，具有大Rashba系数的化合物的罕见发现总是被视为惊喜。我们提前理解的“Rashba规模”使用“逆向设计”的方法，从理论上制定相关的设计原则，然后确定化合物，满足it. We的能带反交叉的存在下提供了一个因果关系的设计原则的化合物与大Rashba系数，导致识别通过第一性原理计算的34合理设计的强Rashba化合物。由于拓扑绝缘体必须具有带反交叉，这导致我们建立一个有趣的交叉功能的“拓扑Rashba绝缘体”（TRI），可以提供一个平台，同时控制自旋分裂和自旋极化。
2020-04-08 cond-mat.mtrl-sci
PYATB: An Efficient Python Package for Electronic Structure Calculations Using Ab Initio Tight-Binding Model
本文提出 PYATB 软件包，基于从头算紧束缚哈密顿量高效计算能带结构、几何相位相关量及光学响应，为第一性原理电子结构分析提供模块化工具。
2023-03-31 cond-mat.mtrl-sci
Temperature and composition dependence of the band gaps of Ga$_{1-x}$In$_x$N alloy: a first-principles study based on the virtual crystal approximation
本文采用第一性原理的虚晶近似（VCA）方法研究了Ga $_{1-x}$ In $_x$ N合金的结构、电子和振动性质。用TB 09泛函获得了3.85 eV的带隙弯曲参数。声子态密度随着In含量的增加向低频移动。然而，VCA忽略了无序效应，因此无法描述合金化后声子谱的展宽。本文还研究了GAN、InN及其合金Ga $_{1-x}$ In $_x$ N的电子-声子相互作用对带隙温度依赖性的影响。计算的零点运动重整化和拟合的Varshni参数在整个组成范围内进行了讨论。
2015-09-15 cond-mat.mtrl-sci
First principles calculations of band offsets at heterovalent $\varepsilon$-Ge/In$_x$Al$_{1-x}$As interfaces
采用第一性原理电子结构计算方法研究了拉伸应变（001）Ge与（001）In $_{x}$ Al $_{1-x}$ As界面的能带排列.研究了能带偏移对界面结构、界面化学计量比和衬底化学计量比的敏感性。观察到的价带和导带偏移的大的定性变化，包括带偏移类型的变化，表明在实际样品中的带偏移的接口的局部结构变化的重要性。我们的研究结果解释了最近的测量来自XPS核心能级光谱的带偏移的原子穿透通过前几个单层的Ge膜。进行类似的研究，为其他物种的扩散在整个接口，并在一般的频带偏移变化近似线性扩散深度相对于原始的“尖锐”的接口，其中的符号的线性变化取决于扩散的物种的值。能带排列对界面细节的这种大的敏感性表明了通过调整薄膜生长于其上的衬底表面的化学计量来化学控制该IV/III-V族界面的能带偏移的潜在途径。
2018-11-01 cond-mat.mtrl-sci
Band offsets at the crystalline/amorphous silicon interface from first-principles
在现代硅异质结太阳能电池中，晶体硅和氢化非晶硅（a-Si：H）之间的能带偏移是控制电荷输运的关键参数。它们是用于进一步优化太阳能电池的宏观模拟器的重要输入。过去的实验研究，使用X射线光电子能谱学（XPS）和电容-电压测量，产生了相互矛盾的结果上的带偏移。在这里，我们提出了一个计算研究的频带偏移。它是基于原子模型和密度泛函理论（DFT）。的非晶部分的接口是通过相对较长的DFT的第一性原理分子动力学（MD）运行在升高的温度下30个统计独立的样品。为了获得一个真实的导带位置的电子结构的界面计算与混合泛函。我们发现一个轻微的不对称的能带偏移，其中在价带（0.30 eV）的偏移大于在导带（0.17 eV）。我们的结果与最新的XPS测量报告的价带偏移为0.3 eV [M. Liebhaber等人，应用物理信函106，031601（2015）]。
2016-10-13 cond-mat.mtrl-sci
Band structure derived properties of HfO2 from first principles calculations
采用第一性原理线性缀加平面波方法，在密度泛函理论和广义梯度近似下，并考虑全相对论贡献，计算了立方相、四方相和单斜相HfO2的电子能带结构和光学性质.从能带结构，电子和空穴的有效质量得到。相对论效应起着重要的作用，这反映在有效质量值和介电函数的详细结构。计算的介电函数虚部和折射率与文献报道的数据吻合得很好。
2012-04-13 cond-mat.mtrl-sci
Band splitting in bilayer stanene electronic structure scrutinized via first principle DFT calculations
最近的工作，锡烯作为量子自旋霍尔绝缘体，我们研究双层锡烯使用第一性原理计算。目的是通过调节双层膜的堆积顺序（和角度）来改善和开发新的性能。这种层的堆叠已经被证明是用于调节单层材料的性质的技术。在这里，我们设计了具有不同堆叠角度以及AA和AB配置的多个双层系统。相反，观察到由于自旋轨道耦合（SOC）的带隙的改善，我们见证了由于SOC的带的分裂，堆叠的MoS2片的特征行为。带的这种分裂产生不同的、独立的和独特的自旋向上和自旋向下通道，表现出谷依赖的自旋极化。另外，作为堆叠MoS2系统的对比，我们注意到在我们的系统中堆叠角度和顺序确实影响电子态。
2019-01-23 cond-mat.mtrl-sci
Alkali-metal induced band structure deformation investigated by angle-resolved photoemission spectroscopy and first-principles calculations
碱金属在材料表面的吸附被广泛用于原位表面电子掺杂，特别是用于通过角分辨光电子能谱（ARPES）观察未占据的能带结构。然而，碱金属原子对所产生的能带结构的影响还没有得到充分的研究，由于在实验和计算的困难。在这里，我们结合ARPES测量铯吸附的铋薄膜的电子电荷密度的第一性原理计算，并证明了一个简单的方法来评估碱金属诱导的能带变形。我们发现，变形的铋表面带是直接相关的垂直电荷密度分布在每个电子状态的铋。相比之下，在量化的体带的变化是很好地描述了一个传统的刚性带移图片。我们从整体上讨论了这两个方面的能带变形，考虑空间分布的电子态和铯-铋杂化，并提供了一个处方应用碱金属吸附到广泛的材料。
2018-05-15 cond-mat.mtrl-sci
Moiré induced topology and flat bands in twisted bilayer WSe$_2$: A first-principles study
我们研究了强自旋轨道相互作用对弛豫扭曲双层WSe $_2$中平带形成的影响。在扭转角（$θ$）接近0 $^{\circ}$和60 $^{\circ}$时，在能带边缘出现能量分离良好的平坦带。对于接近0 $^{\circ}$的$θ$，层间杂化与莫尔电位一起决定了电子结构。价带边缘附近的能带具有非平凡的拓扑结构，其中陈数等于+1 $-$ 1。我们建议，非平凡的拓扑结构的第一个频带可以实验探测的扭转角小于3.5 $^{\circ}$的临界角。对于接近60 $^{\circ}$的$θ$，从单位单元布里渊区的K点产生的带的平坦化是在各个层中的原子重排的结果。我们的研究结果的平坦带和本地化的波函数的范围内的$θ$匹配以及最近的实验观察。
2022-02-22 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional carrier gas at a polar interface without surface band gap states: A first-principles perspective
本研究利用第一性原理计算GaN与应变AlN界面，发现通过表面分数电荷赝氢原子补偿极化，界面二维电子或空穴气可自然形成，且无需带隙内表面态。
2023-03-07 cond-mat.mtrl-sci
Pressure induced band structure evolution of halide perovskites: a first-principles atomic and electronic structure study
基于密度泛函理论（DFT）的计算已经进行，以绘制有机和无机卤化物钙钛矿材料的各个相中的压力诱导的能带结构演化的宽图。在较宽的压力范围内，观察到不同相的有机和无机钙钛矿之间具有不同的能带结构行为，包括带隙的大小变化、直接-间接/间接-直接带隙转变以及CBM/VBM位移。通过原子结构和电子结构计算，通过晶体轨道耦合变换解释了禁带变窄/变宽的合理性;基于结构对称性演化解释了直接-间接相互跃迁;分析了有机和无机钙钛矿之间不同的VBM/CBM位移行为，重点关注八面体外分子/原子的取向和极性。这些结果为钙钛矿材料压力工程的进一步实验研究提供了全面的指导。
2018-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Efficient global structure optimization with a machine learned surrogate model
我们提出了一种基于原子结构的第一性原理能量表达式（GOFEE）的全局优化方案。在展开搜索的同时，该方法主动学习势能景观的代理模型，在该模型上执行许多局部松弛（利用）和进一步的结构搜索（探索）。假设高斯过程，采集函数用于决定哪个结果结构更有希望。随后，对该结构进行了单点第一性原理能量计算。该方法被证明优于两个数量级的一个完善的第一性原理为基础的进化算法在寻找表面重建。最后，GOFEE被用来识别的初始阶段的边缘氧化和氧嵌入的石墨烯片上的Ir（111）表面。
2019-07-12 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Band alignment at metal/ferroelectric interfaces: insights and artifacts from first principles
基于第一性原理理论的最新进展，我们建立了一个金属/铁电界面能带偏移的一般模型。我们表明，根据极化的薄膜，可能会发生一种病态的制度，金属载流子填充的能带的绝缘体，使其金属。由于密度泛函理论最常见的近似值受到绝缘体基本带隙的系统性低估的影响，这种情况很可能是模拟的伪像。我们提供了一些严格的标准，连同广泛的实际例子，系统地确定这个问题的情况下，在计算的铁电系统的电子和结构特性。我们讨论我们的研究结果的背景下，早期的文献研究，在这项工作中所描述的问题往往被忽视。我们还讨论了正式的类比在LaAlO 3/SrTiO 3接口的极性补偿的物理，并建议有前途的途径，为今后的研究。
2011-03-02 cond-mat.mtrl-sci
Role of semi core levels in determining the band-gaps of semiconductors: First-principles calculations with model Hamiltonians
基于LDA/GGA近似的第一性原理计算结果低估了GaX（X = N，P和As）半导体中半芯3d能级的位置。LDA+U/GGA+U近似中的自相互作用校正方案被发现足以校正这种差异。这种校正的结果是半导体的带隙（E_g）也得到改善。人们一直认为，带隙校正来自修改的半芯价相互作用。我们研究这个经常使用的近似非常详细，并发现，虽然带隙变化高达0.63 eV的GaAs，0.42 eV的GaP和0.46 eV的GAN在这种方法内获得的U= 20 eV的Ga d状态，只有0.1 eV，0.1 eV和0.15 eV的GaAs，GaP和GAN产生的半芯价相互作用。随着U的增加，带隙不断改善。我们跟踪这种效果主要是在导带中的Ga 4d状态与阴离子p状态的相互作用。
2007-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Absolute Reference Energy to Realign the Band-edges of Inorganic Semiconductors Using First-principles Calculations
从第一性原理模拟到重新排列半导体的价带顶和导带底，找到绝对参考能量的挑战，提出了一种基于平面波计算的理论方法，如在最先进的密度泛函理论内实现的。我们已经研究了一些无机二元半导体，包括氧化物和非氧化物，例如金红石和金红石TiO 2，纤锌矿ZnO，金红石SnO 2，GaP，GaAs，InP，ZnTe，CdS，CdSe和SiC的非晶相，这些是众所周知的，对于光电化学，光电子器件应用在其独立和/或异质结构形态中是定性重要的。这些众所周知的半导体的计算的带边相对于我们提出的绝对真空参考能量，这是定义与我们提出的修正，并比较其现有的实验值从平带测量重新调整。预测是合理的，以及与已知的实验平带测量数据一致。我们估计的这组11种化合物的平均绝对误差为~ 0.17 eV，更接近已知的实验极限0.10-0.20 eV。
2018-12-11 cond-mat.mtrl-sci
First principles investigation of zb-TiSn: A promising narrow bandgap semiconductor
该研究通过第一性原理计算证实闪锌矿TiSn结构稳定，为窄带隙半导体（0.3 eV），具有极性共价键，并计算了其光学性质。
2025-05-25 cond-mat.mtrl-sci
Unveiling the structural, chemical state, and optical band-gap evolution of Ta-doped epitaxial SrTiO3 thin films using first-principles calculations and spectroscopic ellipsometry
本文结合第一性原理计算与光谱椭偏仪，系统研究Ta掺杂SrTiO3外延薄膜的结构、化学态及光学带隙演化，证明Ta掺杂可增大带隙并提升电子性质，为透明导电氧化物设计提供策略。
2024-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Band-structure topologies of graphene: spin-orbit coupling effects from first principles
采用线性缀加平面波方法，从第一性原理出发研究了自旋轨道耦合和横向电场作用下石墨烯的电子能带结构.自旋-轨道耦合在$K(K')$ -点处打开24 $μ$ eV（0.28 K）量级的能隙。这种内在分裂96%来自通常被忽略的$d$和更高的轨道。电场诱导来自$σ$ - $π$混合的每V/nm 10 $μ$ eV（0.11 K）的附加（非本征）Bychkov-Rashba型分裂。每隔一个原子的“迷你波纹”配置是移动到不到1%的表从本征的情况下没有什么不同。
2009-07-23 cond-mat.mtrl-sci
Exploring the Charge Localization and Band Gap Opening of Borophene: A First-Principles Study
最近合成的二维（2D）硼（borohydrate）表现出一种植根于s-p轨道杂化的新型金属行为，与其他2D材料如硫化物/硒化物和半金属石墨烯明显不同。硼化物的这种独特的功能意味着电荷离域和带隙开放的新途径。本文利用第一性原理计算，通过化学功能化、带状结构和缺陷工程，探索了硼化物的载流子局域化和带隙开放的途径。硼的金属性被发现是非常强大的H-和F-官能化和存在的空缺。有趣的是，一个强烈的奇偶振荡的电子结构的宽度被揭示为H-官能化的硼纳米带，而超高的功函数（~ 7.83 eV）被发现的F-官能化的硼，由于其强大的电荷转移到原子吸附物。
2017-12-13 cond-mat.mtrl-sci
First Principles Study of Zn-Sb Thermoelectrics
本文报道了第一性原理LDA计算$β$ -Zn $_{4}$ Sb $_{3}$的电子结构和热电性质.该材料被发现是一种低载流子密度金属，具有复杂的费米表面拓扑结构和霍尔浓度对能带填充的非平凡依赖性。的能带结构是相当共价的，与良好的载流子迁移率的实验观察一致。带填充的变化的计算被用来提取的掺杂水平（带填充）从实验霍尔数。在这个能带填充，这实际上对应于0.1电子每22个原子晶胞，计算的热电势和它的温度依赖性是在很好的协议与实验。金属材料中的高塞贝克系数是显著的，并且部分地起因于实验带填充附近的费米学的强能量依赖性。改进的热电性能预测为较低的掺杂水平，对应于较高的Zn浓度。
1997-09-22 cond-mat.mtrl-sci
