Electronic properties of binary compounds with high fidelity and high throughput
我们目前的例子应用程序的方法，以高吞吐量的第一性原理计算的电子性质的材料内实施的Exabyte.io平台。我们部署计算技术的基础上的密度泛函理论与广义梯度近似（GGA）和混合屏蔽交换（HSE），以提取电子带隙和能带结构的一组775二元化合物。我们发现，对于HSE，平均相对误差在22%以内，而对于GGA，它是49%。我们发现，在公共云提供商集中提供的最新服务器上，GGA和HSE的平均计算时间分别为1.2小时和36小时。结果和相关数据，包括材料和模拟工作流程，都是标准化的，并以可访问、可重复和可扩展的方式在线提供。
2018-08-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other cs.CE
Tuning the optoelectronic properties of wide bandgap perovskites: Data-driven insights from combinatorial synthesis and high-throughput experimentation
Empa–Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology（瑞士联邦材料科学与技术研究院）
通过组合物理气相沉积和自动化表征，在Cs-Pb-Br-Cl四元空间中快速筛选出宽带隙钙钛矿的最佳Cs/Pb比为1.05-1.20，并发现高能光学跃迁是高PL产率的稳健决定因素。
2026-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Exploring the Cs-Te phase space via high-throughput density-functional theory calculations beyond the generalized-gradient approximation
随着可用计算资源的不断增加，基于第一性原理的高通量计算已经成为筛选大量材料的强大工具。这些研究的骨干是结构良好和可重复的工作流程，有效地返回所需的特性，给定化学成分和原子排列作为唯一输入。在这里，我们提出了一个新的工作流程，旨在计算的稳定性和电子性质的晶体材料的密度泛函理论使用的SCAN近似的交换相关势。我们显示的性能开发的工具探索的二元Cs-Te相空间的主机碲化铯，半导体材料广泛用作光电阴极在粒子加速器。从开放的计算材料数据库中检索的结构池开始，我们分析了形成能作为相对Cs含量的函数，并为一些选定的晶体，我们调查的能带结构和状态密度解开结构，化学计量，稳定性和电子性质之间的相互联系。我们的研究有助于正在进行的基于碱的photocahodes的研究，并表明基于最先进的第一原理方法的高通量计算可以补充实验，以寻找下一代电子源的最佳材料。
2022-03-22 cond-mat.mtrl-sci
High-throughput screening of piezo-photocatalytic materials for hydrogen production
寻找能够在可见光下催化水裂解反应的具有成本效益和效率的光催化材料是当前环境材料科学中最大的挑战之一。尽管许多光催化剂在绿色制氢的背景下已经是已知的，但是系统地和合理地改变其光电性质以实现期望的光催化性能的策略还有待建立。压电材料通过调整它们的带隙和能带排列来对机械刺激做出反应，从而为精确的光催化剂设计提供了可能的途径。然而，压电光催化剂是相对稀缺的，迄今为止很少被研究。在这里，我们提出了一个高通量筛选的压电光催化材料进行了$\sim 1,000$散装压电依赖于一个简单的静电模型和第一性原理计算。一个总的$\sim 10$以前被忽视的二元和三元体化合物理论上被确定为非常有前途的压电光催化剂，由于其适当的光电性能和卓越的单轴应变驱动的带对齐可调性。
2022-07-26 cond-mat.mtrl-sci
High-throughput characterization of transition metal dichalcogenide alloys: Thermodynamic stability and electronic band alignment
本文基于第一性原理与合金团簇展开计算72种TMD单层合金相图，揭示室温下有序相普遍缺失但存在稳定Janus相，并量化能带边缘弯曲，证明混合合金能带边缘位置可在边界相范围内连续调控。
2022-04-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
EC-MOF/Phase-I: A computationally ready database of electrically conductive metal-organic frameworks with high-throughput structural and electronic properties
本文构建了首个实验引导的导电MOF综合数据库EC-MOF/Phase-I，包含1061个块体与单层结构，通过高通量密度泛函理论计算优化结构并获取性质数据，以加速相关紧凑型器件的设计与发现。
2022-10-31 cond-mat.mtrl-sci
High-throughput screening of charge-order-induced ferroelectrics
本文提出高通量筛选流程，在 Materials Project 数据库中结合局域对称性、键价和及第一性原理计算，从 147 种电荷序与铁电极化共存材料中识别出 21 种电荷序诱导铁电候选材料，并分析其结构耦合与电子性质。
2025-07-03 cond-mat.mtrl-sci
High-throughput fabrication and semi-automated characterization of oxide thin film transistors
已知高通量实验方法可加速电子材料的研究、开发和部署的速率。例如，在成分、厚度或其他参数方面具有横向梯度的薄膜已经与空间分辨表征一起使用，以评估各种物理因素如何在变化的测量条件下影响材料性质。类似地，包含这种渐变薄膜作为其层中的一个或多个的多层电子器件也可以在空间上表征，以便优化性能。在这项工作中，我们将这些高通量的实验方法应用于薄膜晶体管（TFT），展示了组合器件制造和半自动化表征使用溅射铟镓锌氧化物（IGZO）TFT作为案例研究。我们表明，外在和内在类型的器件梯度可以在TFT库中产生，如沟道厚度和长度，沟道阳离子组合物，和沉积过程中的氧气气氛。我们还提出了一种半自动化方法来测量在50x50mm衬底上制造的44个器件，该方法可以帮助识别库中功能正常的TFT，并在短时间内完成测量。最后，我们提出了一个完全自动化的表征系统，类似的TFT库，它可以与高通量数据分析。这些结果表明，高通量方法可以加速TFT和其他电子器件的研究。
2019-08-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
High-Throughput Screening of Transition Metal-Based 2D Multilayer Kagome Materials via the "1 + 3" Design Strategy
Wuhan University of Technology（武汉理工大学）
本研究提出“1+3”设计策略，结合高通量筛选，从海量候选物中识别出6,379种新型二维多层Kagome材料，其中约三分之二具有良好平带特性，为二维Kagome材料设计提供新范式。
2025-10-10 cond-mat.mtrl-sci
High-throughput search for magnetic topological materials using spin-orbit spillage, machine-learning and experiments
磁性拓扑绝缘体和半金属具有多种特性，使它们对包括自旋电子学和量子计算在内的应用具有吸引力，但已知的高质量候选材料很少。在这项工作中，我们使用系统的高通量密度泛函理论计算，以确定磁性拓扑材料从40000三维材料在JARVIS-DFT数据库（https：//jarvis.nist.gov/jarvisdft）。首先，我们筛选出净磁矩> 0.5 μB和自旋轨道溢出> 0.25的材料，得到25种绝缘和564种金属候选物。溢出作为一个签名的自旋轨道诱导带反转。然后，我们进行计算的Wannier电荷中心，陈数，异常霍尔电导率，表面能带结构，费米面，以确定有趣的拓扑结构特征的筛选化合物。我们还训练机器学习模型，用于预测新化合物的溢出、带隙和磁矩，以进一步加快筛选过程。我们实验合成和表征一些候选材料，以支持我们的理论预测。
2021-02-05 cond-mat.mtrl-sci
High throughput screening, crystal structure prediction, and carrier mobility calculations of organic molecular semiconductors as hole transport layer materials in perovskite solar cells
本研究采用平移二聚体模型对74种DAH衍生物作为PVSCs的HTL材料进行高通量筛选与电子特性计算，并对顶级候选材料进行晶体结构预测，实现超10 cm2/V.s的空穴迁移率，为下一代高性能HTL材料设计提供指导。
2024-07-12 cond-mat.mtrl-sci
High-Mobility Bismuth-based Transparent P-Type Oxide from High-throughput Material Screening
透明氧化物是许多技术的基本组成部分，从透明电子元件、透明导体到光化学和光电化学器件中的吸收剂和保护层。然而，到目前为止，难以开发具有宽带隙和高空穴迁移率的p型氧化物;当前技术水平的透明p型氧化物具有< 10 cm $^2$ /Vs范围内的空穴迁移率，远低于它们的n型对应物。利用高通量计算筛选指导发现具有宽带隙和高空穴迁移率的新型氧化物，我们报告了满足这些要求的铋基双钙钛矿氧化物的计算识别和实验验证。我们确定的候选化合物$_2$ BiTaO $_6$具有大于4 eV的光学带隙和大于30 cm $^2$ /Vs的霍尔空穴迁移率。具有填充的s轨道的Bi $^{3+}$与氧p强烈重叠，增加了金属-氧共价的程度并有效地降低了价有效质量，而Ta $^{5+}$形成具有低电负性的导带，导致可见光范围之外的高带隙。我们协调一致的理论实验工作指出，数据驱动的材料发现的实用性越来越大，信息学和化学直觉的结合是发现未来技术材料的一种方式。
2014-12-15 cond-mat.mtrl-sci
High-throughput identification of ferromagnetic Kagome candidates in the AT6X4 and AT6X5 families
Xiamen University（厦门大学）；Iowa State University（爱荷华州立大学）；Ames National Laboratory（艾姆斯国家实验室）
本研究通过高通量密度泛函理论方法，识别出AT6X4和AT6X5家族中6种铁磁Kagome候选物，为实现铁磁性及Kagome衍生电子态提供了新的材料体系。
2026-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Going Beyond the d-band Center to Design Intermetallic Catalysts for Nitrogen Reduction: A High-Throughput DFT and Machine Learning Study
Institut National de la Recherche Scientifique（国家科学研究所）
该研究结合高通量DFT计算与机器学习，构建数据集评估47种双金属IMC关键中间体吸附能，开发预测模型。发现p和s带特征对吸附强度影响更显著，挑战d带中心范式，重新定义电子描述符空间，为发现非贵金属氨合成催化剂奠定基础。
2026-09-24 cond-mat.mtrl-sci
$py$GWBSE: A high throughput workflow package for GW-BSE calculations
我们开发了一个开源的Python工作流包，$py$ GWBSE执行自动化的第一性原理计算GW-BSE（Bethe-Salpeter）框架内。GW-BSE是一种基于多体微扰理论的研究材料准粒子和激子性质的方法。GW近似已被证明是有效的，通过克服更广泛使用的密度泛函理论（DFT）的带隙低估的问题，在准确地预测带隙的宽范围的材料。BSE形式主义，尽管计算昂贵，产生的吸收光谱直接与实验观察。$py$ GWBSE软件包实现了整个多步GW-BSE计算的完全自动化，包括对这些计算的准确性至关重要的几个参数的收敛测试。$py$ GWBSE与$Wannier90$集成，$Wannier90$是一种用于计算最大局部化wannier函数的程序，允许生成QP能带结构。$py$ GWBSE还可以自动创建元数据和数据的数据库，包括QP和激子特性，这对于超宽带隙半导体、电子、光电子学和MEMS领域的未来材料发现研究非常有用。
2022-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Sub-Picosecond Carrier Dynamics Explored using Automated High-Throughput Studies of Doping Inhomogeneity within a Bayesian Framework
半导体纳米材料的自下而上生产通常伴随着不均匀性，导致电子性质的扩散，这可能受到纳米颗粒几何形状、晶体质量、化学计量或掺杂的影响。使用光致发光光谱的人口超过20,000个单独的Zn掺杂GaAs纳米线，我们揭示了不均匀性，掺杂和纳米线直径之间的相关性，通过使用贝叶斯统计方法。热载流子的膨胀被证明是负责的光致发光线型;通过利用整个人口的寿命变化，我们揭示了热载流子动力学在亚皮秒时间尺度显示带间电子动力学。高通量光谱与贝叶斯方法一起显示出在不均匀的纳米材料群体中提供独特的见解，并且可以揭示电子动力学，否则需要在高度非平衡条件下进行复杂的泵-探测实验。
2023-03-30 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph physics.data-an
High-Throughput Computational-Experimental Screening Protocol for the Discovery of Bimetallic Catalysts
在几十年的催化研究中，将d带中心与吸附物结合能相关联的d带中心理论成功地加速了新型催化剂材料的发现。最近的研究表明，在d带中心值之上，充分考虑描述d带高阶矩的d带形状以及sp带性质可以帮助更好地捕获表面反应性。然而，状态密度（DOS）模式本身从来没有被用作一个描述符在结合计算实验研究。在这里，我们提出了完整的DOS模式作为高吞吐量筛选协议的关键描述符，并证明了其有效性。本研究以合成过氧化氢（H2 O2）为示范催化反应，重点寻找可替代原型钯（Pd）催化剂的钯催化剂。通过一系列基于DOS模式相似性（使用第一性原理计算评估）和合成可行性的筛选过程，最终从4，350 Pd合金中提出了9个候选物，然后预期其具有与Pd相当的催化性能。随后的实验测试表明，4种Pd催化剂（Ni_（61）Pt_（39），Au_（51）Pd_（49），Pt_（52）Pd_（48），Pd_（52）Ni_（48））确实表现出与Pd相当的催化性能。此外，我们发现了一种新的Ni-Pt催化剂，这是迄今为止尚未报道的H2 O2直接合成。特别地，Ni 61 Pt 39优于用于化学反应的原型Pd催化剂，并且在成本归一化生产率方面表现出9.5倍的提高。该方案提供了一个新的机会，催化剂发现的替代或减少使用的铂族金属。
2020-09-17 cond-mat.mtrl-sci
High-Throughput Search for Photostrictive Materials based on a Thermodynamic Descriptor
本研究基于带隙压力和应力系数等热力学描述符，对4770多种半导体进行高通量计算筛选，发现PtS₂和Te₂I具有强光致伸缩效应，并揭示其物理机制，验证了简单描述符在功能材料搜索中的有效性。
2024-08-20 cond-mat.mtrl-sci
Quantum Unfolding: A program for unfolding electronic energy bands of materials
我们提出量子展开，展开第一原理电子能带的Fortran 90程序。它通过处理布洛赫波函数的傅里叶分量精确地展开能带，布洛赫波函数是从Wannier90的Wannier函数重建的。由于Wannier90程序包的广泛应用和只关注最重要能带的可能性，本程序的工作非常方便。
2014-11-03 cond-mat.mtrl-sci
A Monopole Mining Method for High Throughput Screening Weyl Semimetals
尽管已经引入了拓扑不变量来对绝缘体表面受保护电子态的出现进行分类，但对于节点可能随机出现在体布里渊区（BZ）中的外尔半金属却没有相应的指标。在这里，我们使用一个众所周知的结果，每个外尔点作为一个狄拉克粒子，并产生整数Berry通量搜索的单极子矩形BZ网格，通常采用自洽电子结构计算。该方法类似于计算机科学中的数据挖掘技术，并以已知Weyl半金属中的Weyl点为例进行了验证。它随后被用于高通量筛选数百种化合物和预测十几种新材料托管节点Weyl点和/或线。
2018-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A high-throughput and data-mining approach to predict new rare-earth free permanent magnets
我们提出了一个应用程序的高通量搜索新的稀土自由永磁体集中在3d-5d过渡金属化合物。检索涉及ICSD数据库（国际晶体结构数据库）的一部分，以及定制的检索标准和磁性的电子结构计算。我们的研究结果表明，它可以找到候选人的稀土自由永磁体使用数据挖掘/数据过滤的方法。这里确定的最有希望的候选物是Pt $_2$ FeNi、Pt $_2$ FeCu和W $_2$ FeB $_2$。我们建议这些材料是一个很好的平台，为进一步研究在寻找新的稀土自由永磁体。
2019-10-01 cond-mat.mtrl-sci
High-Throughput Quantification of Altermagnetic Band Splitting
Lund University（隆德大学）；Luleå University of Technology（吕勒奥理工大学）；Linköping University（林雪平大学）
本文通过高通量筛选发现173种具有显著自旋分裂的材料，揭示自旋分裂在布里渊区内的分布特征，为自旋电子学和量子材料研究提供理论基础。
2026-03-13 cond-mat.mtrl-sci
A comment on "The Computational 2D Materials Database: high-throughput modeling and discovery of atomically thin crystals"
最近，Sten Haastrup，Mikkel Strange，Mohnish Pandey，Thorsten Deilmann，Per S Schmidt，Nicki F Hinsche，Morten N Gjerding，Daniele Torelli，Peter M Larsen，Anders C Riis-Jensen，Jakob Gath，Karsten W Jacobsen，Jens Jrgen Mortensen，Thomas Olsen和Kristian S Thygesen [2D Mater. 5（2018）042002]介绍了计算二维材料数据库（C2 DB），该数据库组织了分布在30多种不同晶体结构中的约1500种二维材料的各种结构，热力学，弹性，电子，磁性和光学性质。不幸的是，这项工作在弹性和机械稳定性测试领域存在严重和根本性的缺陷，这使得它不可靠。
2019-04-30 cond-mat.mtrl-sci
Automation methodologies and large-scale validation for $GW$, towards high-throughput $GW$ calculations
基于计算筛选的新材料的研究依赖于以自动方式准确预测总能量、原子尺度几何形状和材料的其他基本特性的方法。许多技术上重要的材料性质直接来源于材料的电子结构，但通常的总能量的主力，即密度泛函理论，受到基本缺陷和近似交换相关泛函在预测电子结构时的错误的困扰。不同的是，$GW$方法是目前用于精确电子结构的最先进的{ \em ab initio}方法。它主要用于微扰校正密度泛函理论的结果，但无论如何计算要求很高，并且还需要专家知识来给出准确的结果。因此，它目前没有用于高通量筛选：缺乏用于建立计算和确定收敛的完全自动化的算法。在这项工作中，我们开发了这样一种方法，并作为第一个应用程序，使用它来验证$G_0W_0$的准确性使用PBE的起始点，和戈比需要等离子体激元极模型（$G_0W_0^\textrm{GN}$ @PBE），一组约80固体。自动收敛研究的结果提供了宝贵的见解。事实上，我们发现计算参数之间的相关性，可用于进一步提高$GW$计算的自动化。此外，我们发现$G_0W_0^\textrm{GN}$ @PBE显示PBE和$G_0W_0^\textrm{GN}$ @PBE间隙之间的相关性比$GW$和实验间隙之间的相关性强得多。然而，$G_0W_0^\textrm{GN}$ @PBE间隙仍然比基于PBE间隙的线性模型更准确地描述了实验间隙。
2017-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Bidirectional Learning of Relationships between Atomic Environments and Electronic Band Dispersion in Semiconductor Heterostructures
Ann and H.J. Smead Aerospace Engineering Sciences, University of Colorado Boulder（科罗拉多大学博尔德分校安恩和H.J.斯梅德航空航天工程科学系）
本文提出一种双向学习方法，通过原子分辨光谱函数连接原子环境与电子能带散射，揭示异质结中不同原子环境的光谱特征，并为解释光谱数据和探索复杂半导体异质结的电子性质提供新途径。
2026-03-05 cond-mat.mtrl-sci
Empirical electronic band structure study of silver low-index surfaces
用经验紧束缚方法和表面格林函数匹配方法研究了低指数面心立方Ag表面（001）、（110）和（111）的电子能带结构。我们报告了不同的表面和共振态的能量值，并与现有的实验和理论数据进行比较。
2013-11-22 cond-mat.mtrl-sci
High-throughput screening assisted discovery of a stable layered anti-ferromagnetic semiconductor: CdFeP2Se6
二维（2D）磁性的最新进展提高了人们对层状磁性材料的兴趣，因为它们具有自旋电子学的潜力。特别是，层状半导体反铁磁体表现出有趣的低维半导体行为与电荷和自旋作为载流子控制。然而，这些化合物的合成是具有挑战性的，并且仍然罕见。在这里，我们进行了基于第一性原理的高通量搜索，以筛选潜在稳定的混合金属磷三硫属化物（MM'P2X6，其中M和M'是过渡金属，X是硫属化物），其具有宽范围的可调带隙和有趣的磁性。在潜在的候选人，我们成功地合成了一个稳定的半导体层状磁性材料，CdFeP2Se6，表现出短程反铁磁秩序在TN = 21 K的间接带隙为2.23 eV。我们的工作表明，高通量筛选辅助合成是发现层状磁性材料的有效方法。
2022-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Influence of distortion on the electronic band structure of CuInSe2
我们提出了一个紧束缚计算黄铜矿CuInSe2的体电子结构的畸变的影响。我们计算理想情况，然后包括扭曲的效果。我们详细分析了我们的结果，并得出结论，从与其他工作的比较，扭曲必须包括在哈密顿得到一个适当的帐户的电子能带结构。我们用我们的新哈密顿量研究了四氢和负离子畸变对（112）表面电子能带结构的影响。我们发现这种影响是不可忽略的。
2005-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Band alignments of electronic energy structure in epitaxially grown \b{eta}-Ga2O3 layers
用X射线光电子能谱和光反射谱对生长在自然衬底和蓝宝石衬底上的氧化镓外延层进行了表征。XPS电子结构映射与密度泛函理论计算相结合。
2018-01-29 cond-mat.mtrl-sci
Accelerated Discovery of Two-Dimensional Optoelectronic Octahedral Oxyhalides via High-Throughput Ab Initio Calculations and Machine Learning
传统的试错法是大规模寻找新型光电材料的障碍。在这里，我们介绍了一种结合高通量从头计算和机器学习方法来预测具有改进的光电性能的二维八面体卤氧化物的方法。我们开发了一个有效的机器学习模型的基础上产生的密度泛函计算，包括300个二维八面体卤氧化物的几何和电子性质的扩展数据集。我们的模型加速了5,000个二维八面体卤氧化物的潜在光电材料的筛选。在我们的模型中提出的扭曲堆叠八面体因子在机器学习预测中起着至关重要的作用。几个潜在的二维光电子八面体卤氧化物具有中等的带隙，高电子迁移率，并成功地假设？吸收系数。
2019-09-23 cond-mat.mtrl-sci
High Dielectric Ternary Oxides from Crystal Structure Prediction and High-throughput Screening
新型高介电材料的开发对于现代电子学的进步至关重要。氧化物是一类具有高介电常数和大禁带宽度的高介电材料，被认为是最有前途的高介电材料。以往对高介电常数的研究大多局限于已知材料。在这项研究中，我们进行了广泛的搜索，高掺杂超过一组三元氧化物相结合的晶体结构预测和密度泛函微扰理论计算。从这次搜索中，我们采用了多阶段筛选，以确定440个新的低能量高介电材料。在这些材料中，有33种被认为是有利于现代设备应用的潜在高性能材料。我们的研究为结合晶体结构预测和高通量筛选探索新型高介电材料开辟了一条途径。
2019-09-09 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Band Structures of Pristine and Chemically Modified Cellulose Allomorphs
我们用量子化学方法研究了结晶纤维素同素异形体和化学改性纤维素的结构性质、振动光谱和电子能带结构。纤维素同素异形体I $_α$、I $_β$、II和III $_1$的电子带隙在5.0至5.6 eV的范围内。我们表明，额外的状态可以创建在纤维素的带隙通过化学改性。实验上可行的纤维素I $_β$与苯胺或4，4 ′-二氨基偶氮苯的酰胺化在纤维素带隙中产生窄带，将占据态和空态之间的差分别减小到4.0或1.8 eV。4，4 '-二氨基偶氮苯改性的纤维素I $_β$的预测状态落在可见光谱中，表明其在光学应用中的用途。
2020-04-06 cond-mat.mtrl-sci
Identifying Direct Bandgap Silicon Structures with High-throughput Search and Machine Learning Methods
该研究结合高通量搜索、机器学习势、ML哈密顿量与DFT计算，从2637种硅同素异形体中筛选出47种直接带隙结构，并识别22种潜在光伏材料。
2024-07-03 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Ab-initio calculation of band alignments for opto-electronic simulations
采用改进的芯-价带最大值方法计算了应变Ⅲ/Ⅴ族半导体异质结的能带偏移。该方法用于（In，Ga）As/GaAs/Ga（As，Sb）多量子阱结构的分析。所获得的偏移和由此产生的能带结构被用作输入的光致发光光谱的微观计算产生非常好的协议与最近的实验结果。
2019-01-03 cond-mat.mtrl-sci
Flat Electronic Bands in Long Sequences of Rhombohedral-stacked Multilayer Graphene
多层石墨烯中的晶体学堆叠顺序在决定其电子性质方面起着重要作用。据预测，菱面体（ABC）堆叠显示出导电的表面状态与平坦的电子色散。在这样的平带中，电子-电子关联的作用增强，可能导致高Tc超导性、电荷密度波或磁有序。由于样品尺寸通常太小，ABC堆叠样品的干净实验能带结构测量丢失。在这里，我们直接成像的能带结构的大型多层石墨烯薄片含有约14个连续的ABC层。角分辨光电子能谱实验表明，在液氮温度下，K点附近的平坦电子带在费米能级处扩展了0.13 <$-1。第一性原理计算确定的电子基态作为一个反铁磁态的带隙约为40毫电子伏。
2018-06-25 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and Band Structure Calculation of Wurtzite CdS Using GGA and GGA+U functionals
采用密度泛函理论，在广义梯度近似（GGA）和Hubbard修正（GGA+U）下，对CdS的纤锌矿（wz）结构进行了分析.总能量收敛评估进行了有关的能量截止（cutwfc）和k点采样。采用基于Broyden Fletcher Goldfarb Shanno（BFGS）优化算法的总能量和力最小化过程计算wz-CdS的几何优化。体积模量和晶格参数估计，以确保计算的准确性。分析了wz-CdS的电子能带结构、态密度和投影态密度。能带结构计算表明CdS为直接带隙半导体。通过改变Cd和S的价轨道U参数，改变了CdS的电子关联。电子关联的改变导致带隙收敛到实验值2.4 eV。U参数的改变对带边附近的态密度有很大的影响。
2021-06-16 cond-mat.mtrl-sci
Modeling Disordered Materials with a High Throughput ab-initio Approach
预测无序系统的材料性质是合理材料设计的一个长期而艰巨的挑战。为了解决这个问题，我们引入了一个自动化的软件框架，能够使用高吞吐量（HT）的第一原理方法在无序材料中建模部分占用。该方法的核心是构建包含与无序材料几乎相等的化学计量的超级电池。所有独特的超晶胞排列枚举和材料性能的每一个通过HT电子结构计算确定。按照一个典型的合奏的超晶胞状态，框架评估合奏平均性能的系统作为温度的函数。作为概念的证明，我们研究了框架的最终计算性能的锌硫属化物（ZnS $_{1-x}$ Se $_x$），宽禁带氧化物半导体（Mg $_{x}$ Zn $_{1-x}$ O），和铁合金（Fe $_{1-x}$ Cu $_{x}$）在各种化学计量。
2015-11-13 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure and thermoelectric properties of CoAsSb with post-DFT approaches
我们研究了最近合成的CoAsSb的电子结构和热电性能。计算出的带隙变得更加准确，越来越复杂的电子结构的方法：广义梯度近似，混合泛函，自洽线性准粒子GW方法（LQSGW），LQSGW与简化的顶点校正。通过等同于从一个刚性移动的频带的每种方法的带隙，我们评估的贡献，热电性能超出了带隙。在这样做的时候，我们评估一个常见的做法的有效性：一个刚性的转变适用于成本较低的电子结构的方法，以获得一些更昂贵的方法的准确性。我们发现，虽然移位的塞贝克系数更接近彼此比从原来的电子结构，仍然存在差异的Goldsmid-Sharp（热电）的带隙之间的方法和从预期的电子带隙。此外，这些方法之间在温度依赖性方面仍存在一些持久差异。
2018-09-23 cond-mat.mtrl-sci
Online Search Tool for Graphical Patterns in Electronic Band Structures
我们提出了一个在线的图形模式搜索工具的电子能带结构的数据包含在有机材料数据库（OMDB），可在https://omdb.diracmaterials.org/search/pattern。该工具能够从在线状态下的高通量从头计算中找到数千个能带结构的集合中的用户指定的图形模式。使用这个工具，只需几秒钟就可以在费米能级附近的10个电子带内找到26，739个有机晶体的任意图形图案。该工具可用于发现功能材料的实现，其特征在于其电子结构中的特定图案，例如，狄拉克材料，其特征在于带的线性交叉;拓扑绝缘体，其特征在于“墨西哥帽”图案或有效的自由电子气体，其特征在于抛物线色散。所开发的工具的源代码可在https://github.com/OrganicMaterialsDatabase/EBS-search上免费获得，并且可转移到任何其他电子能带结构数据库。该方法允许对大量能带结构的自动在线分析，其中数据量使得其手动检查不切实际。
2018-06-22 cond-mat.mtrl-sci
Electronic bands of III-V semiconductor polytypes and their alignment
本文用LDA-1/2方法计算了GaP、GaAs、GaSb、InP、InAs和InSb四种多型体3C、6 H、4 H和2 H的准粒子能带结构，并计算了它们的自旋轨道相互作用。结果被用来获得两个多型体之间的导带和价带的带偏移$ΔE_c$和$ΔE_v$。能带结构的排列是基于每个多型体的分支点能量$E_{\rm BP}$。排列的电子结构被用来解释异质但同质结的性质。的差距和偏移量允许讨论最近获得的光谱结果在III-V纳米线的这种结。
2012-06-11 cond-mat.mtrl-sci
Origins of electronic bands in antiferromagnetic topological insulator MnBi$_2$Te$_4$
尽管在理解第一个内禀磁性拓扑绝缘体MnBi $_2$ Te $_4$方面取得了快速进展，但其电子结构仍然是一个有争议的话题。在这里，我们进行了彻底的光谱研究MnBi $_2$ Te $_4$的电子结构，通过基于激光的角分辨光电子能谱。通过定量分析，我们估计的上限为3毫电子伏的拓扑表面态的间隙大小。此外，我们的圆二色性测量揭示了带手性的拓扑表面状态和准二维带，这可以很好地再现在一个带杂交模型。一个基于四带模型的能量动量色散的数值模拟与一个额外的台阶附近的表面提供了一个有希望的解释准二维带的起源。我们的研究代表了一个坚实的一步，在调和现有的争议在电子结构的MnBi $_2$ Te $_4$，并提供了一个重要的框架，以了解其他相关的拓扑材料MnBi $_{2n}$ Te $_{3n+1}$的电子结构。
2021-07-06 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of (Ga,Mn)As revisited: an alternative view on the "Battle of the bands"
新的详细的角度分辨的光电发射数据，揭示了Mn诱导的状态，延伸到GaAs的带隙的存在。与最近的报告形成鲜明对比的是，我们观察到国家是高度分散的。自旋分辨光电子能谱表明，即使在室温下，该带也是自旋极化的。这些结果与目前讨论的任何铁磁性能带模型都不一致。
2014-11-03 cond-mat.mtrl-sci
Comprehensive study on band-gap variations in $sp^3$-bonded semiconductors: roles of electronic states floating in internal space
我们已经进行了电子结构计算，以探索带隙对$sp^3$键合半导体材料的多型体的依赖性，即，SiC、AlN、BN、GAN、Si和金刚石。在这项全面的研究中，我们发现，带隙变化取决于多型体是常见的$sp^3$键合半导体; SiC，AlN和BN表现出最小的带隙在$3C$结构，而金刚石在$2H$结构。我们还阐明了带隙变化的微观机制是由导带底（CBM）处沟道内空间的特殊电子态$floating$引起的，沟道内的静电势和沟道长度影响CBM的能级.
2017-01-01 cond-mat.mtrl-sci
Polytypic Quantum Wells in Si and Ge: Impact of 2D Hexagonal Inclusions on Electronic Band Structure
本研究探索了硅和锗中由层错形成的二维六方夹杂物作为量子阱的电子能带结构特性，发现其表现出可调的直接带隙并形成Type-I量子阱，为通过扩展缺陷工程化半导体光电性质及先进器件应用提供了新途径。
2024-07-20 cond-mat.mtrl-sci
High-Throughput Screening for Band gap Engineering by Sublattice Mixing of Cs$_2$AgBiCl$_6$ from First-Principles
无铅双钙钛矿材料（即Cs $_2$ AgBiCl $_6$）已经作为卤化铅钙钛矿的有效且环境友好的替代物出现。为了使Cs $_2$ AgBiCl $_6$在太阳光谱的可见光区具有光学活性，已经进行了带隙工程方法。以Cs $_2$ AgBiCl $_6$为基质，通过在Ag/Bi位引入M（I）、M（II）和M（III）阳离子，对Cs $_2$ AgBiCl $_6$的带隙和光学性质进行了调制.本文采用密度泛函理论（DFT），结合自旋轨道耦合（SOC）的交换相关泛函，研究了Ag-Cl和Bi-Cl亚晶格混合体系的稳定性、带隙和光学性质。在分析Cs $_2$ AgBiCl $_6$中的64种组合时，我们已经确定了19种具有对太阳能电池应用敏感的带隙的有前途的配置。Ge（II）和Sn（II）取代的最佳构型的光谱极限最大效率（SLME）分别为32.08%和30.91%，适合作为太阳能电池吸收体。
2020-05-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Temperature evolution of the band-gap in BiFeO3 traced by resonant Raman scattering
知识的电子能带结构的多铁性氧化物，至关重要的理解和调整的光致效应，仍然非常有限，即使在模型和深入研究BiFeO 3。在这里，我们调查的电子能带结构的BiFeO 3使用拉曼散射与12个不同的激发波长范围从蓝色到近红外。我们表明，共振拉曼签名可以分配到直接和间接的电子跃迁，以及在间隙中的电子水平，最有可能与氧空位。它们的温度演化确定了光学带隙的显著和有趣的变化可以与间接电子带隙的收缩有关，而直接电子跃迁的能量几乎与温度无关。
2016-03-08 cond-mat.mtrl-sci
Thermal evolution of silicon carbide electronic bands
特别是，直接观察半导体在宽温度范围内的各个能带的温度依赖性并不简单。然而，这个基本性质是理解半导体的电子-声子耦合的先决条件。本文将\emph{ab initio}多体微扰理论应用于六角碳化硅（SiC）晶体上的电子-声子耦合，并确定了能带的温度依赖性。我们发现在0~K的带隙中存在一个显著的电子-声子重整化。导带和价带都在高温下发生位移，表现出不同的行为。我们将我们的理论结果与观察到的SiC能带边缘的热演化进行了比较，并根据高温SiC电子学和缺陷量子比特操作讨论了我们的发现。
2019-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Roles of band gap and Kane electronic dispersion in the THz-frequency nonlinear optical response in HgCdTe
本文研究了HgCdTe在太赫兹频段的非线性光学响应，揭示了带隙、载流子浓度和Kane电子色散如何共同决定其非线性行为，并发现低温下齐纳隧穿主导响应而室温下准弹道电子动力学驱动最强非线性相互作用。
2024-04-17 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Hubbard U corrections on the electronic and magnetic properties of 2D materials: A high-throughput study
本研究基于DFT的PBE和PBE+U方法系统计算了638个含3d过渡金属的二维单层材料，发现U校正虽降低晶格常数准确性并减小交换能和磁各向异性，但能诱导21%的材料发生金属-绝缘体转变，进而导致预测的居里温度降低。
2024-11-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Machine Learning guided high-throughput search of non-oxide garnets
Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg（马丁·路德·哈勒-维滕贝格大学）
石榴石，自人类文明的早期阶段，发现了重要的应用在现代技术，包括磁约束，自旋电子学，锂电池等绝大多数实验已知的石榴石是氧化物，而探索（实验或理论）的化学空间的其余部分已被限制在范围内。一个关键问题是石榴石结构具有大的原始晶胞，需要大量的计算资源。为了对新石榴石的完整化学空间进行全面搜索，我们将图神经网络的最新进展与高通量计算相结合。我们应用机器学习模型来识别潜在的（Meta）稳定石榴石系统之前，系统的密度泛函计算，以验证预测。通过这种方法，我们发现了600多个具有各种物理和化学性质的三元石榴石，其到凸壳的距离小于100~meV/原子。这包括硫化物、氮化物和卤化物石榴石。为此，我们分析了其电子结构，并讨论了电子带隙大小与电荷平衡之间的关系。
2022-08-29 cond-mat.mtrl-sci cs.LG
Generative Inverse Design of Cold Metals for Low-Power Electronics
本文提出利用MatterGPT生成冷金属，通过训练集和统一的能带边缘距离描述符，生成大量候选结构并验证其稳定性与能带特性，为低功耗电子材料发现提供新途径。
2026-03-14 cond-mat.mtrl-sci cs.LG
Ultra-fast Spectroscopy for High-Throughput and Interactive Quantum Chemistry
我们提出了用于计算红外和紫外-可见光谱的超快量子化学方法，旨在提供分子结构的自主和交互式探索过程中的指纹信息。特征光谱信号可以作为分子结构识别和表征的诊断探针。这些特征通常不需要关于峰位置和强度的最终精度，这使得超快电子结构方法中的精度-时间困境更加突出。如果近似超快算法补充有不确定性量化方案，用于检测信号位置和强度中的潜在大预测误差，则离线细化将总是可能确认或丢弃超快方法的预测。在这里，我们提出了这样一个协议的超快电子结构的方法，以获得基态和激发态的电子能量，偶极矩，及其衍生物的实时应用在振动光谱和电子物理。作为这一努力的一部分，我们设计了一个信息继承部分海森方法的振动光谱，量身定制的子空间对角化方法和激发态计算的行列式选择方案。
2022-06-26 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Efficiency of band edge optical transitions of 2D monolayer materials: A high-throughput computational study
本研究通过高通量密度泛函理论计算筛选二维单层材料的光学发射性能，引入轨道重叠张量揭示电荷分布与光学耦合的关联，并建立包含多谷效应的辐射复合模型，发现激子校正对寿命预测至关重要。
2025-02-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Accessible computational materials design with high fidelity and high throughput
尽管从第一原理设计高通量计算材料的多个成功应用，但仍有许多因素阻碍其未来的采用。特别重要的是，以可靠的方式提供高保真度的能力有限，非专家用户的访问能力有限。我们提出了一种新的方法，高保真度的第一性原理模拟技术，混合屏蔽交换（HSE）和GW近似的密度泛函理论的应用程序的例子，标准化，并提供在线访问和可重复的设置。我们应用这种方法来提取电子带隙和能带结构的71种材料，从纯元素到III-V族和II-VI族化合物，三元氧化物和合金。我们发现，对于HSE和G 0 W 0，平均相对误差适合在20%以内，而对于传统的广义梯度近似的误差是55%。对于HSE，我们发现公共云提供商集中提供的最新服务器上的平均计算时间在48小时内。这项工作提供了一个具有成本效益的，可访问的和可重复的实际配方进行高保真第一性原理计算的电子材料在一个高通量的方式。
2018-07-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other cs.CE
