Van der Waals Interactions in Density Functional Theory by combining the Quantum Harmonic Oscillator-model with Localized Wannier Functions
将量子谐振子模型与最大定域Wannier函数技术相结合，提出了一种在近似的密度泛函理论（DFT）中包含vanderWaals（vdW）相互作用的新方案.相对于最近开发的DFT/vdW-WF 2方法，也是基于Wannier函数，新的方法是更一般的，不再局限于良好分离的相互作用片段的情况下。此外，它包括更高的成对的能量贡献，来自量子振荡器之间的偶极-偶极耦合。该方法成功地应用于流行的S22分子数据库，也扩展系统，即石墨和H $_2$吸附在Cu（111）金属表面（在这种情况下，金属屏蔽效应考虑在内）。并与其他vdw校正DFT方案的结果进行了比较。
2013-05-30 cond-mat.mtrl-sci
Wannier-function-based constrained DFT with nonorthogonality-correcting Pulay forces in application to the reorganization effects in graphene-adsorbed pentacene
在电子结构计算中，当使用由随其主体原子移动的定域轨道组成的基组时，海尔曼-费曼力中出现了普雷项。如果系统的总能量依赖于由多个原子的定域轨道定义的子空间布居，那么由于轨道非正交性随离子平移的变化，将出现非常规的Pulay项。在这里，我们推导出所需的精确表达式，这些条款，不能消除轨道正交归一化。我们已经实现了这些校正的离子力的线性标度密度泛函理论（DFT）包ONETEP，并已使用约束DFT计算的重组能量吸附在石墨烯片上的并五苯分子。计算包括系综DFT，周期性边界条件的修正，和经验范德华相互作用。对于这个系统，我们发现，张量不变的人口分析产生的吸附质子空间人口是非常接近整数值时，基于非正交Wannier函数，也但不太精确时，使用伪原子函数。因此，轨道可以为约束DFT提供非常有效的布居分析。我们的计算表明，吸附的并五苯的重组能通常低于并五苯在气相中。我们把这种效应归因于空间位阻。
2018-05-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Spin-Dependent Nonorthogonal Generalized Wannier Functions and their Integration with PAW and Hubbard Corrections in Linear-Scaling DFT
University of Warwick（华威大学）；University of Southampton（南安普顿大学）；Trinity College Dublin, The University of Dublin（都柏林三一学院，都柏林大学）；Gdańsk University of Technology（格但斯克理工大学）
本文提出了一种基于自旋依赖性的非正交广义威纳函数方法，用于提高线性缩放DFT在自旋极化材料模拟中的准确性，并结合PAW和Hubbard修正。
2025-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Woptic: optical conductivity with Wannier functions and adaptive k-mesh refinement
我们提出了一种算法的自适应四面体积分的布里渊区的晶体材料，并应用它来计算的光学电导率，直流电导率，和热功率。对于这些量，其贡献通常局限于布里渊区的一小部分，自适应积分是特别相关的。我们的实现，woptic包，是捆绑到wien 2 wannier框架，并允许包括多体自能量，例如从动态平均场论（DMFT）。Wannier函数和偶极矩阵元的计算与DFT软件包Wien 2k和Wannier 90。为了说明，我们显示的DFT结果fcc-Al和DMFT结果的相关金属SrVO $_3$。
2016-01-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.comp-ph
Stochastic and Mixed Density Functional Theory within the projector augmented wave formalism for the simulation of warm dense matter
本文在投影缀加波形式体系中实现随机与混合DFT，以缓解平面波能量平方标度并改进赝势近似，通过单点和分子动力学计算给出1–50 eV固体密度碳的自扩散系数。
2023-01-27 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph physics.plasm-ph
Accelerating finite-element-based projector augmented-wave DFT calculations with scalable GPU-centric computational methods
本文提出一种基于有限元的投影增强波方法，通过GPU中心计算和算法创新，实现大规模电子结构计算的高效与可扩展性，显著提升计算速度和精度。
2026-10-06 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
DFT investigation of 3d transition metal NMR shielding tensors in diamagnetic systems using the gauge-including projector augmented-wave method
提出了一种基于密度泛函理论的方法，利用周期边界条件计算三维过渡金属核的核磁共振屏蔽张量。计算采用规范，包括投影增强波赝势方法。超软赝势和诱导近似对二阶磁响应的影响进行了深入研究。49Ti和51V核的方法的可靠性和强度与传统的量子化学方法相比，使用有限的有机金属系统的基准。通过与各种钒氧化物基化合物中51V核的实验数据进行比较，验证了无限系统的应用。各向同性化学位移的成功协议与屏蔽张量本征值的充分估计形成对比，揭示了纯交换相关泛函的限制相比，其确切的交换校正类似物。
2007-05-25 cond-mat.mtrl-sci
Database of Wannier Tight-binding Hamiltonians using High-throughput Density Functional Theory
我们开发了一个计算工作流程，用于基于密度泛函理论（DFT）的电子能带结构计算的高通量Wannierization。我们将此工作流程应用于1771种材料，并创建了一个数据库，其中包含基于Wannier函数的紧束缚哈密顿量（WTBH）。我们通过比较Wannier能带结构和直接计算的DFT能带结构来评估WTBH的准确性，所述DFT在Wannier化中使用的k点集以及来自高对称线的独立k点上进行。精确的WTBH可用于计算许多材料的性能，我们包括一些示例应用程序。我们还开发了一个网络应用程序，可以用来预测电子性能的飞行使用WTBH从我们的数据库。生成哈密顿量的工具和WTB参数的数据库将通过网站https://github.com/usnistgov/jarvis和https://www.ctcms.nist.gov/jarviswtb公开提供。
2020-07-02 cond-mat.mtrl-sci
A Self-consistent DFT+DMFT scheme in the Projector Augmented Wave : Applications to Cerium, Ce2O3 and Pu2O3 with the Hubbard I solver and comparison to DFT+U
在DFT+DMFT框架下，基于平面波投影增广波（PAW）DFT程序实现了电子密度的全自洽性。它允许在平面波方法内精确计算DFT+DMFT中的总能量。与基于最大局域化Wannier函数的框架相比，该方法很容易应用于f电子系统，如铈，氧化铈（Ce2O3）和氧化钚（Pu2O3）。为了对能量项进行正确的物理计算，我们发现必须计算自洽密度。形式主义是通用的，并不依赖于用于解决杂质模型的方法。计算进行内的哈伯德我近似，这是快速解决，并给出了一个很好的描述强相关的绝缘体。我们比较了DFT+DMFT和DFT+U解，并强调了它们的收敛密度的定性差异。我们强调，与DFT+U相比，DFT+DMFT不会破坏自旋和轨道对称性。因此，DFT+DMFT意味着，在相关金属和绝缘体的更好的物理描述之上，与DFT+U相比，相关绝缘体中非物理亚稳溶液的发生率降低。
2013-01-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Symmetry Conserving Maximally Projected Wannier Functions
本文在FPLO代码中实现了对称保持最大投影Wannier函数（SCMPWF）方法，通过投影和正交化获得满足空间群对称性的高度局域化Wannier函数，并讨论了Berry联络与位置算符的相互作用及性能。
2021-11-18 cond-mat.mtrl-sci
Analytical PAW Projector Functions for Reduced Bandwidth Requirements
大规模电子结构计算需要现代高性能计算（HPC）资源，同样重要的是，成熟的HPC应用程序可以有效地利用这些资源。实空间网格为基础的应用程序的密度泛函理论（DFT）使用投影仪增广波方法（PAW）可以给出相同的精度DFT代码依赖于一个平面波的基础上，但表现出一个改进的可扩展性分布式存储器机器。PAW哈密顿算子的投影运算由于其受可用存储器带宽的限制而被认为是性能关键部分。我们调查的本地化PAW投影功能，它允许减少投影操作中的投影功能的网格表示的带宽要求的厄米函数的3D可分解的基础上的效用。1D基函数的额外动态采样几乎完全消除了内存传输。对于预期的内存带宽节省的定量评估，我们展示了GPU上的第一个实现的性能结果。最后，我们提出了一个PAW生成方案调整到解析给出的投影函数。
2019-05-01 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Charge self-consistent electronic structure calculations with dynamical mean-field theory using Quantum ESPRESSO, Wannier90 and TRIQS
我们提出了一个全电荷自洽的实施动力学平均场论（DMFT）结合密度泛函理论（DFT）的电子结构计算的材料具有强的电子相关。该实现使用量子ESTERO包的密度泛函理论计算，Wannier 90代码的向上/向下折叠和TRIQS软件包的DMFT方程的设置和解决。所有组件都可以在开源许可证下使用，是MPI并行的，完全集成在各自的包中，并使用hdf 5存档接口来消除文件解析。我们展示了三个不同的系统，表现出良好的协议与现有的DFT+DMFT实现在其他从头算电子结构代码的基准。
2021-11-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Screened Coulomb interaction calculations: cRPA implementation and applications to dynamical screening and self-consistency in uranium dioxide and cerium
我们报告的约束随机相位近似（cRPA）方法的投影仪增强波框架内的实施。它允许在与我们最近的DFT+U和DFT+DMFT实现相同的Wannier轨道中计算屏蔽相互作用。我们目前的动力学库仑屏蔽的相互作用在二氧化铀和α和γ铈的Wannier函数的计算。我们表明，自洽计算的静态屏蔽相互作用在DFT+U加上一致的Wannier基础是强制性的γ铈和二氧化铀。我们强调，在α铈屏蔽相互作用的静态近似是过于激烈。
2014-03-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Maximally localized Wannier functions from PAW or ultrasoft pseudopotentials
我们报告了一个理论方案，使计算最大本地化的Wannier函数的投影增广波（PAW）的形式主义，其中还包括超软赝势（USPP）的方法。我们给出了一个基本的形式主义的描述，并明确地写所有所需的矩阵元素的PAW/USPP理论的共同成分。我们报告的实施方法的形式适合接受输入电子结构从USPP平面波DFT模拟。我们应用该方法计算的Wannier函数，偶极矩和自发极化的测试情况下的范围。与正常保存赝势的比较报告为基准。
2006-03-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Optimization strategies developed on NiO for Heisenberg exchange coupling calculations using projector augmented wave based first-principles DFT+U+J
本文以NiO为原型系统，系统研究了基于PAW的第一性原理DFT+U+J计算中Hubbard U和Hund's J参数对布居分析选择的敏感性，并优化了海森堡交换耦合计算策略，最终将NiO海森堡参数相对实验的均方根误差降至13%。
2023-12-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other cond-mat.str-el
Effect of Off-Diagonal Elements in Wannier Hamiltonian on DFT+DMFT for low-symmetry material: Study of Li$_2$MnO$_3$
本文利用DFT+DMFT方法研究了低对称性材料Li$_2$MnO$_3$中Wannier哈密顿量非对角元素对电子结构的影响，发现其对能隙有显著抑制作用，并提出通过矩阵对角化与低能模型处理该效应的新方法。
2023-11-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
The Mott transition in the 5d$^1$ compound Ba$_2$NaOsO$_6:$ a DFT+DMFT study with PAW spinor projectors
本文通过DFT+DMFT计算结合PAW旋量投影子，研究5d$^1$双钙钛矿Ba$_2$NaOsO$_6$的金属-绝缘体转变，发现自旋-轨道耦合并非其能隙形成的主要驱动力，该材料应归类为Mott绝缘体。
2024-01-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Explicit demonstration of the equivalence between DFT+U and the Hartree-Fock limit of DFT+DMFT
本文提出在 Quantum ESPRESSO 中用 Wannier90 的 Wannier 函数实现 DFT+U，与 HF 近似的 DFT+DMFT 对比，在 NiO、MnO、LaMnO3、LuNiO3 及 VO2 上证明二者等价，并展示键中心投影的灵活性。
2025-03-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ab initio calculations of longitudinal electrical conductivity using a Wannier-based coherent potential approximation
本文提出基于Wannier-CPA的无序合金纵向电导率计算方法，结合Kubo-Greenwood公式与数值解析延拓，在Ag-Pd合金中验证了其与KKR-CPA结果的一致性。
2024-08-07 cond-mat.mtrl-sci
Molecular orbital projectors in non-empirical jmDFT recover exact conditions in transition metal chemistry
半局域密度泛函理论的低成本、非经验修正对于过渡金属化学的精确建模是必不可少的。在这里，我们证明了明智的修改密度泛函理论（jmDFT）的方法与非经验的U和J参数直接从前线轨道能量学上的一系列过渡金属配合物。我们策划了一组九个代表性的Ti（III）和V（IV）$d^1$过渡金属配合物，并评估其平面误差沿分数自旋和电荷线。我们证明，虽然jmDFT改进DFT+U和半本地DFT与标准的原子轨道投影仪（AOP），它这样做效率低下。我们合理化这些低效率通过量化杂交在相关的前沿轨道的情况下，分数自旋和分数收费。为了克服这些限制，我们介绍了一个程序计算的分子轨道投影仪（MOP）的基础上使用jmDFT。我们证明了这一套$d^1$ MOPs是适合于几乎消除所有的能量离域误差和静态相关误差。在所有情况下，MOP jmDFT优于AOP jmDFT，并且它消除了非经验值处的大多数平面误差。与广泛使用的DFT+U或混合泛函不同，jmDFT几乎消除了非经验框架内的能量离域误差和静态相关误差。
2021-12-29 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Electron-Phonon Interactions Using the PAW Method and Wannier Functions
我们提出了一个从头算密度泛函理论方法计算电子-声子相互作用的投影增强波方法。在PAW方法中，所需的电子-声子矩阵元被定义为单电子能量的二阶导数。由于PAW方法导致广义本征值问题，因此得到的电子-声子矩阵元素缺乏一些对称性，这些对称性通常存在于简单的本征值问题和全电子公式中。讨论了我们定义的电子-声子矩阵元与其它公式之间的关系。为了允许有效的物理性能的评估，我们引入了一个Wannier插值方案，再次适应广义本征值问题。为了探索该方法的数值特性，计算了金刚石随温度变化的带隙重整化，并与以前的出版物进行了比较。此外，我们将该方法应用到选定的二元化合物，并表明所获得的零点重整化与文献和实验中发现的其他值吻合得很好。
2020-01-23 cond-mat.mtrl-sci
Core-to-Core X-ray Emission Spectra from Wannier Based Multiplet Ligand Field Theory
本研究提出基于DFT+MLFT的芯-芯Kα X射线发射谱计算方法，在过渡金属体系上验证了其与实验的吻合性及捕捉自旋、氧化态相关谱趋势的能力，同时讨论了模型局限与未来方向。
2023-04-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
The Projector Augmented-wave Method
本文的目的是给一个独立的描述的基本理论的投影仪扩增波（PAW）的方法，以及大多数的细节需要使该方法在实践中工作。这两个主题在前两节中介绍，而最后一节则专门介绍如何在从密度泛函理论（DFT）计算中提取非标准量时应用PAW变换的示例。
2009-10-12 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Robust determination of maximally-localized Wannier functions
提出了一种确定最大局部化Wannier函数的算法。该算法，基于最近的理论发展，不需要任何物理输入，如初始猜测的Wannier函数，不像流行的计划的基础上的投影方法。我们讨论了如何投影方法可以失败的细网格时，最初的猜测是太远的MLWF。我们证明，我们的算法是能够找到本地化的Wannier功能，通过测试二维系统，半导体的简化模型，和现实的DFT系统接口与Wannier 90代码。我们还测试了我们的算法的Halcantine和凯恩-梅勒模型，以研究它是如何失败的拓扑障碍的存在。
2017-01-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci math-ph
Theory and applications of generalized Pipek--Mezey Wannier functions
在广义Pipek-Mezey方法中生成Wannier函数的理论[Lehtola，S.; Jónsson，H. J.化学理论计算2014，10，642]，并描述了其实现。结果提出了系统的周期性在一个，两个和三个维度，以及孤立的分子。广义Pipek-Mezey Wannier函数（PMWF）是高度局域化的轨道，与化学直觉一致，其中σ-和π-轨道之间保持区别。PMWF方法进行了比较与所谓的最大本地化的Wannier函数（MLWF），经常用于分析凝聚态计算。PMWF最大化了Pipek和Mezey的定域准则，MLWF最大化了Foster和Boys的定域准则，并且在许多情况下具有混合σ和π轨道的缺点。的PMWF轨道原来是本地化的MLWF轨道证明了交叉比较的值的PMWF和MLWF目标函数的两种类型的轨道。我们在原子模拟环境（ASE）的实现是兼容的各种表示的波函数，包括实空间网格，平面波和线性组合的原子轨道。投影增广波形式主义的原子核电子的代表性也得到支持。这里描述了使用GPAW软件的计算结果，但是我们的实现也可以使用其他电子结构软件（例如ABINIT、NWChem和VASP）的输出。
2017-02-14 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Robust Wannierization including magnetization and spin-orbit coupling via projectability disentanglement
PSI Center for Scientific Computing, Theory and Data（瑞士保罗谢尔研究所科学计算、理论与数据中心）；Fert Beijing Institute, School of Integrated Circuit Science and Engineering, Beihang University（北京航空航天大学集成电路科学与工程学院飞育北京研究院）；National Key Lab of Spintronics, Institute of International Innovation, Beihang University（北京航空航天大学国际创新研究院自旋电子学国家重点实验室）
本文提出了一种扩展的PDWF方法，用于磁性系统和自旋轨道耦合系统的鲁棒Wannier化，实现了100%的成功率和高精度的Wannier函数插值。
2025-07-09 cond-mat.mtrl-sci
Covariant Jacobi-Legendre expansion for total energy calculations within the projector-augmented-wave formalism
本文提出协变 Jacobi-Legendre 模型以预测 PAW-DFT 中的缀加电荷密度，并在二维 MoS$_2$ 的 1H 到 1T 相变能垒计算中实现接近 DFT 精度且显著降低计算成本。
2024-10-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Crystal field coefficients for yttrium analogues of rare-earth/transition-metal magnets using density-functional theory in the projector-augmented wave formalism
本文提出了一种用密度泛函理论计算稀土/过渡金属（RE-TM）磁体晶场系数的方法。该方法的主要思想是计算RE-TM磁体的钇类似物（“Y-类似物”）的晶体场电势，即镧系元素已被钇取代的材料。处理Y-类似物的优点是避免了在DFT中处理高度局域化的4f电子的方法和概念上的困难，同时保留了主要负责晶体场的名义价电子结构。为了正确地描述在原子的核心区域中的晶体场势，我们使用DFT的投影增广波形式主义，它允许重建的全电荷密度和静电势。的Y-模拟晶体场电位相结合的径向4f的电荷密度在自相互作用校正计算获得的镧系元素，以获得晶体场系数。我们证明了我们的方法，包括9 RE-TM磁铁和元素Tb的10种材料的测试集。我们表明，计算出的易磁化方向与实验观察，包括正确的描述内的Tb和NdCo $_5$的基面的各向异性。我们进一步表明，Y-模拟计算一般同意定量与以前的计算使用开芯近似处理4f电子，并认为我们的简单的方法可能是有用的大规模计算筛选新的磁性材料。
2019-04-15 cond-mat.mtrl-sci
Fast and scalable finite-element based approach for density functional theory calculations using projector-augmented wave method
本文提出PAW-FE方法，将投影缀加波方法与有限元基组结合，利用Chebyshev滤波子空间迭代和稀疏矩阵策略，实现比平面波方法快5至10倍的大规模DFT计算，可处理超过5万电子的体系。
2024-12-31 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Subspace representations in ab initio methods for strongly correlated systems
本文给出了一种适用于非正交投影函数的DFT+U和DFT+DMFT等强相关材料从头计算方法中子空间占有矩阵的广义定义。通过强制执行张量一致性的所有矩阵运算，我们导致了一个子空间投影算子的占用矩阵是张量和积累的贡献，这是本地的相关子空间在手。特别是对于DFT+U，由此产生的对势和离子力的贡献自动是厄米特的，而无需诉诸对称化，并且局部化到其相应的相关子空间。占有率、能量和离子力的张量不变性得以保留。我们说明了这种形式主义在DFT+U研究中使用自洽确定的投影仪的效果。
2011-04-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Surface science using coupled cluster theory via local Wannier functions and in-RPA-embedding: the case of water on graphitic carbon nitride
采用嵌入法对单个水分子在石墨氮化碳层上的吸附进行了第一性原理研究。嵌入的方法涉及到一种算法，以获得本地化的Wannier轨道的各种类型的平面波基础和内在原子轨道投影仪扩展。局域占据轨道与未占据的自然轨道相结合，进行多电子微扰理论计算的本地碎片。这些碎片由一组靠近被吸附的水分子的定域轨道组成。虽然表面模型在模拟单元中包含100多个原子，但所采用的碎片足够小，可以使用高级理论进行计算，直到耦合团簇与单，双和微扰三重粒子-空穴激发算子（CCSD（T））。为了校正丢失的长程相关能对吸附能的贡献，我们将CCSD（T）理论嵌入到直接无规相近似中，得到相对于碎片尺寸的快速收敛的吸附能。收敛计算的结合能相对于虚拟轨道基组实现采用一些最近开发的技术。此外，我们讨论了一系列近似的多电子微扰理论的碎片尺寸收敛。所获得的基准结果进行了比较，一些密度泛函计算。
2021-10-14 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Electronic structure and optical properties of halide double perovskites from a Wannier-localized optimally-tuned screened range-separated hybrid functional
本文将WOT-SRSH泛函应用于五种卤化物双钙钛矿，证明其能准确预测基本带隙、光学带隙和吸收谱，为光电性质计算提供了可行方法。
2024-08-07 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
X-ray magnetic circular dichroism of altermagnet $α$-Fe$_2$O$_3$ based on multiplet ligand-field theory using Wannier orbitals
Technical University of Darmstadt（达姆施塔特工业大学）
本文基于DFT和MLFT理论，研究了α-Fe₂O₃在不同温度和SOC效应下的XMCD特性，揭示了其在特定磁向量方向下的特征响应。
2025-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Pseudo-Fragment Approach for Extended Systems Derived from Linear-Scaling DFT
我们提出了一种计算方法，这是专为减少复杂性的描述扩展系统的密度泛函理论水平。我们定义了一个配方，用于生成一组本地化的基函数，其被优化的原始的，散装的Wannier函数的准确描述，或为\emph{in situ}治疗引起的变形缺陷成分，如边界或杂质。我们的方法使人们能够识别扩展系统的区域，需要专门优化的Kohn-Sham自由度，并为用户提供了一个可靠的估计的错误-如果有的话-引起的局部的方法。这样的方法一方面有利于有效地减少在纳米尺度上模拟系统所需的计算自由度，同时又提供了一种可以直接与有效模型（如紧束缚哈密顿）相关的描述。我们提出了我们的方法与SiC纳米管一样的笼子作为测试床。尽管如此，本文采用的基于小波的方法使得计算具有不同维度的系统，包括板和完全周期性系统成为可能。
2019-04-12 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
A real-space grid implementation of the Projector Augmented Wave method
提出了一种基于网格的实空间投影增强波（PAW）方法。Blochl [Phys.Rev.B50，17953（1994）]提出的用于密度泛函理论（DFT）计算的方法。使用均匀的三维实空间网格表示波函数，密度和潜力允许灵活的边界条件，有效的多重网格算法求解泊松和Kohn-Sham方程，并有效的并行化，使用简单的实空间域分解。我们使用PAW方法进行全电子计算的冻结核近似，与光滑的价波函数，可以表示在相对粗糙的网格。通过计算20个小分子的原子化能，以及铝的体弹性模量和晶格常数，证明了该方法的准确性。我们表明，该方法在计算效率方面与标准的平面波方法相当，但内存要求更高。
2004-11-09 cond-mat.mtrl-sci
TRIQS/DFTTools: A TRIQS application for ab initio calculations of correlated materials
我们提出了TRIQS/DFTTools包，一个应用程序的基础上TRIQS库，连接这个工具箱，以现实的材料计算的基础上密度泛函理论（DFT）。特别是，TRIQS/DFTTools与TRIQS一起允许DFT加动态平均场论（DMFT）计算的有效实施。它提供了工具和方法来构造Wannier函数，并在此基础上执行DMFT自洽循环。后处理工具，如能带结构绘图或计算输运特性也被实现。该封装提供了一个与Wien 2k能带结构代码的完全充电自一致接口，以及一个通用接口，允许将TRIQS/DFT Tools与各种DFT代码一起使用。它在GNU通用公共许可证（GPL v3）下发布。
2016-03-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
An efficient procedure for the development of optimized Projector Augmented Wave basis functions
在投影增广波（PAW）方法中，局部势、基函数和投影函数在密度泛函理论（DFT）的应用中形成价波函数的全电子（AE）基。每个元素的这些势、基函数和投影函数的构造可能是复杂的，并且由于缺乏用于所有原子的PAW基组，能够利用PAW方法的几个代码已经被阻止使用。我们已经开发了一个程序，提高了PAW基集的建设的方便性和效率。一个进化算法被用来优化PAW基组，以准确地再现原子的散射特性，收敛良好，相对于在平面波基的能量截止。我们演示的情况下，Ga的4s，4p，和3d电子作为价的程序。计算与此Ga PAW基组是有效的，重现线性增广平面波（LAPW）计算的结果。我们还讨论了总能量收敛与能量截断和PAW集的匹配半径的大小之间的关系。
2010-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Optical properties of bulk semiconductors and graphene/boron-nitride: The Bethe-Salpeter equation with derivative discontinuity-corrected DFT energies
提出了一种有效的实现Bethe-Salpeter方程（BSE）的材料的光学性质的投影增广波方法GPAW。单粒子能量和波函数从GLLBSC功能，其中明确包括衍生物的不连续性，是计算成本低廉，并产生良好的基本差距。电子-空穴相互作用包括通过BSE使用的静态屏蔽的相互作用在随机相位近似评估。对于一组有代表性的半导体和绝缘体，我们发现很好的协议与实验的介电函数，吸收的发病，和最低的激子功能。对于石墨烯和六方氮化硼（h-BN）的二维系统，我们发现与以前的多体计算很好的协议。对于石墨烯/h-BN界面，我们发现，h-BN层的基本和光学带隙分别减少了2.0 eV和0.7 eV，相比独立的h-BN。这种减少是由于图像电荷屏蔽，其在GLLBSC计算中显示为导数不连续性的减少（消失）。
2012-06-15 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Linear-scaling DFT+U with full local orbital optimization
我们提出了一种DFT+U方法（密度泛函理论+哈伯德模型）的方法，在该方法中，计算基态能量和力的计算工作量与系统尺寸成线性比例。我们采用的哈伯德模型制定使用非正交投影函数定义的本地化的子空间，并将其应用到本地轨道DFT方法，包括在原位轨道优化。由此产生的方法，从而结合线性缩放和系统变分收敛。我们通过将其应用于尺寸超过7，000个原子的氧化镍纳米团簇来证明该方法的缩放。
2012-02-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Dynamical mean-field theory using Wannier functions: a flexible route to electronic structure calculations of strongly correlated materials
提出了一种将局域密度近似下的密度泛函理论与动力学平均场论相结合的方法。从一个一般的基础独立制定，我们使用Wannier函数作为两个理论之间的接口。这些函数用于识别特定材料中的相关轨道的物理目的，也用于将DMFT与不同种类的能带结构方法（本工作中使用了三种不同的技术）连接起来的技术目的。我们探讨和比较两种不同的Wannier计划，即最大局域化Wannier函数（MLWF）和$N$阶松饼丁轨道（NMTO）方法。两个相关的材料具有不同程度的结构和电子的复杂性，SrVO 3和BaVS 3，作为案例研究。SrVO 3属于相关过渡金属氧化物的典型类别，并且鉴于其简单的结构和物理性质，在这里被选为测试案例。相比之下，硫化物BaVS 3以其丰富而复杂的物理特性而闻名，与强相关效应和低维特性相关。与此化合物的金属-绝缘体转变的物理提供了新的见解，特别是关于相关诱导的修改其费米面。此外，必要的形式主义实现自洽的电子电荷密度在Wannier基进行了讨论。
2006-10-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Getting the manifold right: The crucial role of orbital resolution in DFT+U for mixed d-f electron compounds
Forschungszentrum Jülich GmbH（于利希研究中心）；University of Bremen（不来梅大学）；Paul Scherrer Institute（保罗谢尔研究所）
本文提出通过优化轨道分辨率，改进DFT+U方法对混合d-f电子化合物的电子态和结构预测，以提高计算准确性。
2026-01-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Construction of Wannier functions from localized atomic-like orbitals
在单电子哈密顿量$\hat{H}$的本征态的限制希尔伯特空间中构造Wannier函数（Wannier functions，WFs）的问题（形成所谓的谱的低能部分）可以用几种不同的方式来表述。一种可能性是使用投影算子技术，该技术拾取一组试验原子轨道并将它们投影到给定的希尔伯特空间上。另一种可能性是采用下折方法，该方法消除了谱的高能部分，并将所有与之相关的性质纳入有效哈密顿量的能量依赖性中。我们表明，通过修改原始的哈密顿量$\hat{H}$，这是相当无关的低能量部分的频谱中的WFs的建设的高能量部分，这两种方法可以制定在一个绝对准确和相同的形式，使它们之间的主要区别减少到试验轨道的选择。关于后一部分的问题，我们认为，一个最佳的选择试验轨道可以基于最大化的密度矩阵的网站对角线部分。主要思想是说明了一个简单的玩具模型，只包括两个波段，以及一个更现实的例子，$t_{2g}$波段在V $_2$ O $_3$。本文还讨论了与多电子系统的基态搜索类似的问题。
2006-08-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Enabling Large-Scale Condensed-Phase Hybrid Density Functional Theory Based $Ab$ $Initio$ Molecular Dynamics I: Theory, Algorithm, and Performance
通过包含一部分精确交换（EXX），混合泛函减少了半局域密度泛函理论（DFT）中的自相互作用误差，从而在生物学、化学、物理学和材料科学中提供了系统中电子结构的更准确和可靠的描述。然而，与所有所需的EXX量的评估相关的高计算成本限制了混合DFT在大分子和复杂凝聚相材料的处理中的适用性。为了克服这一限制，我们设计了一种线性缩放但形式上精确的方法，该方法利用所占据轨道的局部表示（例如，最大局域化Wannier函数，MLWF），以利用有限能隙系统中量子力学交换相互作用的实空间评估中的稀疏性。在这项工作中，我们提出了一个详细的描述的理论和算法的进展，需要执行MLWF为基础的从头分子动力学（AIMD）模拟的大规模凝聚相系统在混合DFT水平。我们提供了一个全面的描述的exx算法，这是目前实施的量子ESTERO计划，并采用混合MPI/OpenMP并行化方案，以有效地利用高性能计算（HPC）资源。其次是对这种方法的准确性和并行性能进行关键评估时，执行AIMD模拟的液体水的规范合奏。通过访问HPC资源，我们证明了Exx能够实现基于混合DFT的AIMD模拟包含500-1000个原子的凝聚相系统，其壁时间成本与半局部DFT相当。在这样做的过程中，exx使我们更接近于在混合DFT理论水平上对大规模凝聚相系统进行足够长时间尺度的常规AIMD模拟。
2021-05-07 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Hybrid functional calculations of electronic structure and carrier densities in rare-earth monopnictides
采用密度泛函理论（DFT）方法，采用Heyd，Scuseria，和Ernzerhof（HSE 06）筛选的杂化泛函，计算了稀土磷属元素的结构参数和电子结构.我们着重于RE-V化合物，其中RE=La，Gd，Er，Lu，V=As，Sb，Bi，并分析了自旋轨道耦合和在投影缀加波方法中将RE 4 $f$电子作为价电子处理的影响。HSE 06计算的结果与DFT内的广义梯度近似（DFT-GGA）和其他以前的计算进行了比较。我们发现所有这些RE-V化合物都是半金属，在$X$点有电子袋，在$Γ$点有空穴袋。而在DFT-GGA的载流子密度显着高估，使用HSE 06计算的载流子密度是在良好的协议与现有的实验数据。
2019-11-14 cond-mat.mtrl-sci
A Wannier-first approach for extended chiral systems
Central Michigan University（中密歇根大学）；University of Texas at El Paso（德克萨斯大学埃尔帕索分校）
该研究提出一种Wannier优先的DFT实空间方法，可高效模拟含螺旋对称性的手性/螺旋体系，经多种低维及三维体系验证，为相关体系计算提供了实用途径。
2026-09-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.atm-clus
Comparison of band-fitting and Wannier-based model construction for WSe$_2$
过渡金属二硫属化物材料$MX_2 (M=Mo,W;X=S,Se)$由于其新颖的二维结构，具有优异的光学和输运性能而受到广泛的研究。从计算的角度来看，密度泛函理论模拟在这些系统中表现得非常好，是预测和补充实验结果的不可或缺的工具。然而，由于时间和长度尺度，即使是最有效的DFT实现可以达到今天，这种方法受到严格的限制，以处理有限的温度模拟或电子晶格耦合时，研究激发态：所需的单位细胞研究，例如，系统的热波动或大极化子将需要一个大的计算能力。多尺度技术，如最近提出的第二原理密度泛函理论，可以超越这些限制，但需要在调查中的系统的紧密结合模型的建设。在这项工作中，我们比较了两种这样的方法来构建WSe $_2$的频带。特别地，我们比较了（i）Wannier模型构建的结果与（ii）Liu及其同事的能带拟合方法，其中价带顶部和导带底部由三个对称的带建模，主要具有钨$d_{z^2}$，$d_{xy}$和$d_{x^2-y^2}$特征。我们的研究结果强调了这两种方法之间的差异，以及带拟合模型的构建如何导致高估了紧束缚表示中实空间基础的本地化。
2020-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Higher Landau-Level Analogs and Signatures of Non-Abelian States in Twisted Bilayer MoTe$_2$
本研究在扭曲双层MoTe₂中发现四个连续陈能带，构建六轨道万尼尔模型并开展计算，在第二莫尔迷你带半填充时观测到非阿贝尔态特征，为零磁场下实现非阿贝尔任意子及容错量子计算提供新途径。
2025-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Importance of intersite Hubbard interactions in $β$-MnO$_2$: A first-principles DFT+$U$+$V$ study
本文采用传统的和扩展的Hubbard修正密度泛函理论（DFT+ $U$和DFT+ $U$ + $V$）对软锰矿（$β$-MnO $_2$）的结构、电子和磁性进行了第一性原理研究。现场$U$和intersite $V$ Hubbard参数计算使用线性响应理论的密度泛函微扰理论的框架。我们发现，虽然列入现场$U$是至关重要的描述Mn（$3d$）状态的本地化性质，站点间$V$是关键，以准确地捕捉相邻的Mn（$3d$）和O（$2p$）状态之间的强杂交。在这个框架中，我们稳定的简化共线反铁磁（AFM）订购（建议的古德诺-金盛规则），通常被用作实验观察到的非共线螺旋型螺旋磁有序的近似。铁磁和其他三个共线AFM自旋配置的详细调查。使用两种哈伯德流形-非正交化和正交化原子轨道-讨论了哈伯德修正DFT的结果，表明必须特别注意哈伯德投影仪的选择，在DFT+ $U$ + $V$中，正交化流形比非正交化流形提供更准确的结果。这项工作铺平了道路，为未来的研究复杂的过渡金属化合物含有强烈的本地化电子在存在明显的共价相互作用。
2021-10-05 cond-mat.mtrl-sci
High-fidelity electronic structure and properties of InSb: $G_0W_0$ and Bayesian-optimized hybrid functionals and DFT+$U$ approaches
本研究针对InSb电子结构计算中存在的非物理能带反转和带隙错误问题，结合贝叶斯优化的HSE杂化泛函、$G_0W_0$和DFT+$U$方法，实现了与实验高度吻合的高精度电子结构预测，提供了可迁移的计算框架。
2025-08-01 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
An evaluation for geometries, formation enthalpies, and dissociation energies of diatomic and triatomic (C, H, N, O), NO3, and HNO3 molecules from the PAW DFT method with PBE and optB88-vdW functionals
采用投影缀加波（PAW）密度泛函理论（DFT）方法，采用PBE和optB 88-vdW交换相关泛函，计算了所有由C、H、N和O四种基本元素组成的双原子和三原子分子的结构几何、形成能和离解能.计算还扩展到两个较大的分子NO3和HNO 3，这两个分子分别由4个和5个原子组成。在计算中总共考虑了82种分子或异构体。用平面波密度泛函方法计算了这些分子的42个键长和15个键角等几何参数，与已有的实验数据比较，结果令人满意。对49个生成能和138个离解能（包括51个原子化能和相应的键离解能）进行了误差分析。结果还比较了以前的数据从各种原子轨道为基础的方法的分子和类似或不同的平面波DFT方法的各种固体和其他分子。这提供了一个信息和指导性的评价，特别是计算大尺寸的材料系统包含这些小分子，以及进一步发展DFT方法。
2022-11-24 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
The Surface Potential at the Air-water Interface Computed Using Density Functional Theory
在空气-水界面处的表面电位的准确预测对于计算离子水合自由能和电化学半电池电位至关重要。使用密度泛函理论（DFT）、模型界面构型和表面电势的理论定义，我们报告了在0.92 g/cc水密度下的+3.63伏的值。最大局域化的Wannier函数分析证实，表面势主要由分子四极矩（或“球形二阶矩”）的贡献。我们发现预测的表面势取决于计算细节，并得出结论标准DFT代码可能无法产生与现有实验直接可比的表面势。
2010-09-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Energies of ions in water and nanopores within Density Functional Theory
静电势的精确计算和基底极化率的处理对于预测离子在充满水的纳米孔内的渗透是至关重要的。基于密度泛函理论（DFT）的{ \it ab initio}分子动力学方法（AIMD）可以解释材料、水和溶质的极化率，它应该是预测离子精确静电能的首选方法。在实践中，DFT加上使用周期性的边界条件，在一个带电的系统会导致大的能量转移。使用不同的DFT软件包获得的结果可能会有所不同，因为赝势和远程静电的实施方式。使用最大本地化的Wannier函数，我们应用强大的校正，产生相对明确的离子能量在选择的分子和水溶液系统和碳纳米管内。大的结合能预测金属碳纳米管阵列中的离子，而与一致的定义Na $^+$和Cl $^-$能量被发现表现出不对称性与使用非极化水力场计算。
2007-11-02 cond-mat.mtrl-sci
The Localization Dichotomy for gapped periodic quantum systems
我们研究了带隙周期量子系统的局域化性质，该系统由周期性或协变的投影族建模，例如，对于非相互作用电子的气体，在固定晶体动量下，在占据轨道上的正交投影。我们证明了一个一般的本地二分法尺寸$d\leq 3$：要么系统是拓扑平凡的，即所有的陈数消失，或任何任意选择的复合Wannier函数产生一个无限的期望值的平方位置运营商。等价地，在拓扑非平凡阶段，由Marzari和Vanderbilt引入的局部化泛函发散，正如已经在Halfton模型的情况下注意到的那样。我们的结果是制定通过使用系统的相关对称性，因此它在很大程度上是模型无关的。可能的应用包括晶体固体的紧束缚和连续模型，光晶格中的冷气体以及平带超导。
2016-12-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci math-ph
Plane-wave based electronic structure calculations for correlated materials using dynamical mean-field theory and projected local orbitals
通过局域密度近似下的密度泛函理论和动力学平均场论的结合，近年来强关联系统的描述得到了很大的发展。这种LDA+DMFT方法能够处理强相关的绝缘体和金属。LDA和DMFT之间的几个接口已经被使用，例如（N阶）线性Muffin Tin轨道或最大局部化Wannier函数。然而，这样的方案在使用中是复杂的或者经常执行附加的简化（即，原子球近似（Atomic sphere approximation）。我们提出了LDA+DMFT的另一种实现，它保持了Wannier实现的精度，但更轻。它依赖于局部轨道到一组受限的Kohn-Sham状态的投影来定义相关子空间。该方法在投影增强波（PAW）和混合基赝势（MBPP）框架内实现。这为LDA+DMFT中更复杂结构的电子结构计算开辟了道路，具有全电子方法的精度。我们提出了一个应用程序，两个相关的系统，即SrVO 3和β-NiS（电荷转移材料），包括配体状态的基础设置。计算结果进行了比较，与最大局域化的Wannier函数，并讨论了出现在轨道分辨谱函数的物理特征。
2008-01-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
