Improved half-metallic ferromagnetism of transition-metal pnictides and chalcogenides calculated with a modified Becke-Johnson exchange potential
我们使用密度泛函理论（DFT）方法与改进的贝克-约翰逊交换加局域密度近似（LDA）相关势（mBJLDA）[半局域，轨道无关，产生准确的半导体带隙。参见F. Tran和P. Blaha，Phys. Rev. Lett. 102，226401（2009）]以研究类似于半导体的锌过渡金属（TM）磷属元素化物和硫属元素化物的电子结构。结果表明，在费米能级附近的TM d- t_{2g}宽带没有明显的变化，但使占据的少数自旋p带降低0.25~0.35 eV，费米能级上的空（或几乎空）少数自旋e_g带升高0.33~0.73 eV.因此，mBJLDA，没有原子依赖的参数，使锌锰砷成为一个真正的半金属（HM）铁磁体的HM间隙（关键参数）0.318 eV，与实验一致。对于ZnSb、CrAs、CrSb、CrSe和CrTe，HM带隙比LDA和广义梯度近似结果增大了19~56%.改进的HM铁磁性可以根据mBJLDA增强的自旋交换分裂来理解。
2010-09-10 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical study of the structural stability, electronic and magnetic properties of XVSb (X $=$ Fe, Ni, and Co) half-Heusler compounds
采用密度泛函理论，结合广义梯度近似（GGA）和Tran-Blaha修正的Becke-Johnson（TB-mBJ）交换势近似，研究了半Heusler化合物XVSb（X $=$ Fe，Co，Ni）的结构、电子和磁性.据发现，半金属间隙一般合理地加宽mBJ相比，GGA近似。XVSb（X $=$ Fe，Co和Ni）的磁性在mBJ范围内得到了很好的定义，其磁矩值为整数。由TB-mBJ给出的带隙与现有的理论数据符合得很好。FeVSb表现出半导体性质。CoVSb和NiVSb呈现半金属行为，总磁矩为$1μ_\text{B}$和$2μ_\text{B}$，符合Slater Pauling规则。这些合金似乎是自旋电子器件的潜在候选者。
2018-12-20 cond-mat.mtrl-sci
First principle study of electronic, magnetic and thermoelectric properties of Co$_2$YPb (Y = Tc, Ti, Zr and Hf) full Heusler: Application to embedded automotive systems
Abdelhamid Ibn Badis University（阿卜杜勒-哈米德·伊本巴迪斯大学）
本研究通过DFT计算揭示了Co₂YPb全Heusler合金的半金属铁磁性和优异热电性能，为嵌入式汽车系统和自旋电子器件提供了潜在材料方案。
2025-12-26 cond-mat.mtrl-sci
Performance of the modified Becke-Johnson potential
最近，在2011年版本的Wien 2K代码中，基于密度泛函理论的代码的长期存在的缺点，即，其不可能解释半导体的实验带隙值，被克服。新颖之处在于引入了一种新的交换和相关势，即修正的贝克-约翰逊势（mBJLDA）。在本文中，我们报告了我们的详细分析，最近的工作。我们使用这个代码计算了41个半导体的能带结构，并发现与实验的总体一致性有重要的改进，如Tran和Blaha [{ \em Phys. Rev. Lett.} 102，226401（2009）]之前对于更简化的半导体集合所做的。然而，我们发现，在这个增强的集合中，在某些情况下，与实验间隙值的偏差甚至可以达到20%以上。此外，由于没有交换和相关能量项，从mBJLDA势可以推导出，一个直接的优化程序，以获得晶格参数在一个一致的方式是不可能的，因为在通常的理论。这些作者建议在能带结构计算之前使用LDA或GGA优化程序，并将所得晶格参数引入2011代码中。这种选择是重要的，因为晶格参数的小百分比差异可以引起预测的带隙值与实验的相当高的百分比偏差。
2013-09-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other cond-mat.str-el
Lattice dynamics and electronic structure of energetic solids LiN3 and NaN3: A first principles study
采用密度泛函理论计算了层状单斜碱金属叠氮化物LiN3和NaN3的晶体结构、弹性、晶格动力学和电子性质。利用各种色散修正密度泛函研究了范德华相互作用对基态结构性质的影响。在平衡晶体结构的基础上，计算了化合物的弹性常数、声子色散和声子态密度。利用最近开发的Tran Blaha修正的Becke Johnson（TB-mBJ）泛函得到了精确的能带隙，发现两种叠氮化物都是直接带隙绝缘体。
2013-11-01 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure and optical band gap determination of NiFe2O4
在理论研究中，我们调查的电子结构和带隙的反尖晶石型铁氧体NiFe 2 O 4。通过在修正的Becke-Johnson势中拟合Tran-Blaha参数，精确地再现了实验的光吸收谱。通常应用的Tauc图找到的光学间隙的准确性进行评估的基础上计算的光谱，我们发现，这种方法可能会导致误解的实验数据。NiFe_2 O_4的最小带隙为1.53eV宽的间接带隙，位于少数自旋通道中。
2013-10-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Accurate and efficient computation of the Kohn-Sham orbital kinetic energy density in the full-potential linearized augmented plane wave method
Kohn-Sham轨道动能密度$τ_σ(\vec{r}) = \sum_{i} w_{iσ} \big|\nabla ψ_{iσ}(\vec{r}) \big|^2$是用于构建由密度泛函理论使用的元广义梯度近似（meta-GGA）的一个基本量。提出了一种全位势线性缀加平面波方法的$τ_σ(\vec{r})$计算格式。我们的计划是高度准确和有效的，易于实现现有的计算机代码。为了说明它的性能，我们构造了Be，Ne，Mg，Ar，Ca，Zn，Kr，Cd原子的Becke-Johnson meta-GGA交换势，与原来的结果非常一致。对于散装固体，我们构建的trans-blaha修改的贝克-约翰逊势（mBJ），并确认其计算带隙的能力，与报告的不良收敛的mBJ势得到大幅改善。本计算方案的$τ_σ(\vec{r})$也应该是有价值的开发其他元GGA的FLAPW以及在类似的方法，利用原子中心的基础功能。
2015-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Stability of Room Temperature Compensated Half-Metallicity in Cr-based Inverse-Heusler Compounds
采用三种关联能带方法，即常规能带方法加在位库仑排斥$U$、改进的Becke-Johnson泛函和杂化泛函，研究了反Heusler亚铁磁体Cr $_2$ Co ${\cal Z}$（${\cal Z}$ =Al，Ga，In）.这些方法通常表明最近合成的Cr $_2$ CoAl是精确补偿的半金属（CHM），而Cr $_2$ CoGa和Cr $_2$ CoIn是具有小磁矩的亚铁磁体。这也被固定尾旋力矩方法所证实。Bader电荷分解和径向电荷密度的分析表明，这种对比是由于${\cal Z}$离子之间的化学差异。此外，在Cr $_2$ CoAl中，将体积改变$\pm$ 5%或将$c/a$的比率改变$\pm$ 2%不会改变CHM状态，这表明即使在施加中等压力或应变下，该状态也是稳健的。考虑到所观察到的750 K的高居里温度，我们的研究结果表明，铬$_2$ CoAl是一个有前途的候选人强大的高$T_C$ CHMs。此外，还讨论了CHM Cr $_2$ CoAl的电子结构.
2018-12-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
CuAlTe$_2$: A promising bulk thermoelectric material
采用全势线性缀加平面波方法和玻尔兹曼半经典理论研究了铜基黄铜矿材料的输运性质。所有研究的化合物似乎是直接带隙半导体评价的基础上的Tran-Blaha修改的Becke-Johnson势。在价带最大值（VBM）附近发现的重带和轻带组合驱动这些材料具有良好的热电性能。在所研究的化合物中，CuAlTe $_2$被认为是更有前途的，与CuGaTe $_2$相比，据报道，这是一种有效的热电材料，具有可观的品质因数。关于CuAlTe $_2$的另一个有趣的事实是$n-$型和$p-$型载流子具有可比的热电性质，这可能吸引良好的器件应用，并使用电子结构计算详细解释。
2015-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio investigations of novel potential all-d metal Heusler alloys Co$_2$MnNb
本研究利用Wien2k并结合LDA、PBE-GGA与mBJ方法，从头算揭示Co$_2$MnNb在FM态稳定，并发现其自旋相关的各向异性电子结构及自旋电子学应用潜力。
2024-06-08 cond-mat.mtrl-sci
Accurate prediction of band gaps and optical properties of HfO$_2$
我们报告的光学性质的各种多晶型的密度泛函理论的框架内预测的氧化硅。采用全势线性缀加平面波方法，交换势采用Tran-Blaha修正的Becke-Johnson势，关联势采用局域密度近似。单斜晶系，立方晶系，和四斜晶系的晶胞，和模拟退火为基础的模型的无定形氧化铝完全放松相对于内部位置和晶格参数。由此获得的带隙为5.76 eV，5.88 eV，6.54 eV，和5.5 eV的单斜晶系，立方晶系，四方晶系，和非晶氧化物，分别与现有的实验数据非常吻合。计算了介电函数，并预测了相对于实验数据的光谱权重向更高能量的偏移。这归因于用于计算介电函数的随机相位近似，而不是能带结构的不准确。
2016-07-18 cond-mat.mtrl-sci
Density functional study of electronic structure, elastic and optical properties of MNH$_2$ (M=Li, Na, K, Rb)
本文采用第一性原理密度泛函方法对氮基固体贮氢材料LiNH $_2$、NaNH $_2$、KNH $_2$和RbNH $_2$的电子结构、弹性和光学性质进行了系统的研究。用标准密度泛函理论和色散修正的密度泛函理论计算了基态结构性质。我们发现范德华相互作用在LiNH $_2$中占主导地位，而在其他碱金属酰胺中相对较弱。计算的弹性常数表明，所有的化合物是机械稳定的和LiNH $_2$被发现是较硬的碱金属酰胺材料。计算熔融温度，其遵循顺序RbNH $_2$ $<$ KNH $_2$ $<$ NaNH $_2$ $<$ LiNH $_2$。用改进的B-J势计算了化合物的电子能带结构，发现所有化合物都是带隙较大的绝缘体. [NH $_2$ ] $^-$衍生态在整个价带区完全占主导地位，而金属原子态占据导带。利用计算得到的能带结构分析了价带和导带之间不同的带间光跃迁。我们的计算表明，这些材料具有相当大的光学各向异性。
2014-05-30 cond-mat.mtrl-sci
Piezoelectric properties of $\mathrm{Ga_2O_3}$: a first-principle study
这类化合物具有压电性，而压电性的产生需要打破反转对称性，才能成为半导体。对于$\mathrm{Ga_2O_3}$，常见五相的正交情况（$ε$ - $\mathrm{Ga_2O_3}$）破坏了反转对称性。本文采用密度泛函微扰理论（DFPT）计算了$ε$ - $\mathrm{Ga_2O_3}$的压电张量.为了证实$ε$ - $\mathrm{Ga_2O_3}$的半导体性质，用广义梯度近似（GGA）和Tran和Blaha的修正Becke和Johnson（mBJ）交换势研究了它的电子结构.用mBJ方法预测的带隙值为4.66 eV，以及导带最小值（CBM）处电子的有效质量张量[约0.24 $m_0$ ]。mBJ间隙非常接近可用的实验值。通过离散傅里叶变换得到弹性张量$C_{ij}$和压电应力张量$e_{ij}$，再由$C_{ij}$和$e_{ij}$计算压电应变张量$d_{ij}$。在此过程中，估算了$ε$ - $\mathrm{Ga_2O_3}$的平均力学性能，如体积模量、剪切模量、杨氏模量等，计算得到的$d_{ij}$与常用的压电材料如$α$ -石英、ZnO、AlN和GAN相当甚至更高。
2019-09-18 cond-mat.mtrl-sci
Effect of hydrostatic strain on the mechanical properties and topological phase transition of bi-alkali pnictogen NaLi$_{2}$Bi
双碱金属氮族化合物在光电器件和光阴极器件中的应用引起了人们的极大关注。然而，在大多数属于这个家庭的化合物，有较少的努力投入到研究的机械性能和拓扑相变（TPT）的化合物。本文在密度泛函理论的框架下，研究了NaLi $_{2}$ Bi在静水压力下的力学性质和拓扑相变.弹性常数和声子计算表明，这种化合物在流体静力拉伸和压缩下的机械和动力学稳定性。弹性常数的分析表明，处于平衡态的NaLi $_{2}$ Bi是一种负泊松比为-0.285的拉胀材料，在静水拉伸下变为正泊松比的材料。同时，泊松比和Pugh比表明，该化合物具有脆性行为，并保持在静水压力下。在广义梯度近似（GGA）（Tran-Blaha修正的Becke-Johnson交换势近似（TB-mBJ））下的能带结构计算结果表明，NaLi $_{2}$ Bi是一种非平凡拓扑材料（平凡拓扑材料）.有人发现，在GGA（TB-mBJ）的方法中的流体静力学压缩（张力）导致从一个平凡的（平凡的）到平凡的（平凡的）拓扑相的过渡，这种化合物。此外，计算的Wannier电荷中心证实了TPT。确定控制这种化合物的拉胀行为和TPT的机制为设计和开发高性能纳米机电和自旋电子器件提供了有价值的功能。
2023-02-24 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Benchmarking exchange-correlation potentials with the mstar60 dataset: Importance of the nonlocal exchange potential for effective mass calculations in semiconductors
密度泛函理论预测的有效质量的准确性取决于所采用的交换相关泛函，与非局部混合泛函给出更准确的结果比半局部泛函。在这篇文章中，我们基准性能的Perdew-Burke-Ernzerhof（PBE），Tran-Blaha修改的贝克-约翰逊（TB-mBJ），和混合海德-Scuseria-Ernzerhof（HSE 06）交换相关泛函和潜在的计算有效质量与微扰理论。我们介绍了mstar 60数据集，其中包含来自18个半导体的60个有效质量。对于PBE，实验有效质量与计算有效质量之间的比值为$1.70 \pm 0.20$，对于TB-mBJ，为$0.76 \pm 0.04$，对于HSE 06，为$0.99 \pm 0.04$。我们发现，在HSE 06的非局域交换扩大了光学跃迁矩阵元素导致优越的精度的混合功能在计算有效质量。HSE转换算子中忽略非局部交换会导致严重的错误。对于半局域PBE泛函，带隙和光学跃迁矩阵元的误差在计算有效质量时部分抵消。TB-mBJ功能产生PBE样的矩阵元素与现实的带隙配对，导致一致的高估有效质量。然而，如果只有有限的计算资源可用，则可以通过将TB-mBJ质量乘以因子0.76来估计实验质量。然后，我们比较有效质量的过渡金属dichalcogenide散装和单层材料：我们表明，矩阵元素的变化是重要的理解层相关的有效质量重整化。
2022-05-06 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Assessment of the GLLB-SC potential for solid-state properties and attempts for improvement
基于Gritsenko等人（GLLB）[Phys.Rev.A51，1944（1995）]的工作，Kuisma等人[Phys.Rev.B82，115106（2010）]计算固体中带隙的方法显示出比常见的局域密度近似（LDA）和广义梯度近似（GGA）精确得多。GLLB-SC势（SC代表固体和相关性）的主要特征是导致非零导数不连续性，该不连续性可以方便地计算，然后添加到Kohn-Sham带隙中以与实验带隙进行比较。在这项工作中，GLLB-SC与其他方法，例如，修正的Becke-Johnson（mBJ）势[F. Tran和P. Blaha，Phys. Rev. Lett. 102，226401（2009）]，用于电子、磁性和密度相关性质。结果表明，对于带隙，GLLB-SC不执行以及mBJ的系统具有小的带隙和强相关的系统，但平均类似的精度作为混合泛函。巡游金属上的结果表明，GLLB-SC显著高估了磁矩（比mBJ高估得多），但导致电场梯度的优异结果，通常不推荐使用mBJ。为了改善结果，还测试了GLLB-SC电位的变体。
2017-12-18 cond-mat.mtrl-sci
Polymorphism and thermodynamic ground state of Silver fulminate studied from van der Waals density functional calculations
雷酸银（AgCNO）是一种起爆药，在环境条件下以正交晶系（\emph{Cmcm}）和三方晶系（\emph{R$\bar{3}$}）两种多晶相存在。在本研究中，我们使用基于密度泛函理论（DFT）的平面波赝势方法研究了压力和温度对多晶型物相对相稳定性的影响。van der Waals相互作用在预测相稳定性中起着重要的作用，并且它们可以通过与标准DFT泛函相反的半经验色散校正方法有效地捕获。基于我们使用DFT-D2方法的总能量计算，发现\emph{Cmcm}结构是在所研究的压力和温度范围内的优选热力学平衡相。HIBRATPDMATHABMM和\emph{R$\bar{3}$}相分别表示为AgCNO的$α$和$β$形式。此外，压力诱导的多晶型相变被视为使用DFT泛函和相同的是没有观察到与DFT-D2方法。研究了两种多晶相的状态方程和压缩性。采用全势线性缀加平面波方法，在Tran-Blaha修正的Becke-Johnson势下计算了电子结构和光学性质.计算的电子结构表明，$α$，$β$相是间接带隙绝缘体的带隙值分别为3.51和4.43 eV。通过电荷密度图和偏态密度图分析了化学键的本质。光学各向异性，电偶极跃迁和光敏性的多晶型进行了分析，从计算的光谱。总之，本研究为实验者提供了早期指示，以避免形成不稳定的$β$ -AgCNO形式。
2014-06-16 cond-mat.mtrl-sci
High Pressure Structural Stability, and Optical Properties of Scheelite type ZrGeO$_4$ and HfGeO$_4$ X-ray Phosphor Hosts
对白钨矿型MGeO $_4$（M = Hf和Zr）化合物进行了\emph{Ab-initio}计算，该化合物在X射线成像等方面有着广泛的应用。通过密度泛函理论计算，研究了这些化合物的高压结构稳定性、弹性常数、电子结构和光学性质。采用两种不同的密度泛函方法，即平面波赝势方法（PW-PP）和全势线性缀加平面波方法（FP-LAPW）。基态结构和振动性质的计算和发现与实验数据符合得很好。Zr和Hf锗酸盐的压缩性被发现是各向异性的，因为a-轴是由于Ge-O键沿a-轴的存在下，这是进一步证实了从以下的C $_{11}$ $>$ C $_{33}$的弹性常数的顺序的c-轴上的可压缩性较低。用最近发展的Tran Blaha修正的Becke Johnson势计算了化合物的电子结构。电子结构的计算表明，化合物是绝缘体，ZrGeO $_4$和HfGeO $_4$的禁带宽度分别为5.39 eV和6.25 eV.这些化合物的光学各向异性揭示从计算的光学性质，如复介电函数，折射率，和吸收系数。此外，它被观察到，Ti掺杂的ZrGeO $_4$和HfGeO $_4$原来是一个很好的荧光体，因为原始的化合物具有大于可见光范围的能隙后，Ti掺杂的带隙减少，结果发射光谱发生在可见光区，并在本研究中得到很好的解释。
2014-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Structural, vibrational, and electronic properties of TlReO4 studied using a first principles approach
目前的工作提供了广泛的DFT研究TlReO 4使用赝势方法理解的结构和振动性质和全电位线性缀加平面波方法的电子能带结构和相关的光学性质。用LDA泛函计算的体积模量值29.77 GPa与实验值26 GPa接近。沿主轴的弹性常数的顺序清楚地表明了Re和O3原子在该材料的结构和机械性能中的关键作用。通过密度泛函微扰方法（DFPT）对玻恩有效电荷（BEC）和伽马点声子频率的分析也表明了这些原子的重要性。BEC的各向异性性质主要是由于O3原子。Re-O3键的不对称伸缩是导致高频区高强度红外峰的主要原因，而第二强的红外峰则是由于这些键的对称伸缩以及Re-O2键的不对称伸缩引起的。为了得到精确的电子能带结构，除了考虑了自旋轨道耦合（SOC）和反-布拉哈修正的贝克-约翰逊（TB-mBJ）势外，还考虑了自旋轨道耦合（SOC）. SOC的包含清楚地示出了从TB-mBJ实现的带隙4.82eV减小的带隙4.71eV，这主要归因于Re d态的0.08eV分裂。态密度（DOS）研究表明，导带底（CBB）主要由Re d态组成，而对价带顶（VBT）的贡献主要来自氧p态。这种材料的键合性质也已解决使用DOS，这是进一步验证通过电子电荷密度图。虽然这种材料的光学性质被发现是各向异性的，但在较低的能量值可以看到光学各向同性。
2019-06-17 cond-mat.mtrl-sci
Structural, electronic and optical properties of well-known primary explosive: Mercury fulminate
雷汞（MF）是17世纪以来著名的起爆药之一，多年来一直发挥着不可估量的作用。然而，在其发现300年后，最近才确定了正确的分子和晶体结构。在本研究中，我们报告的压力依赖的结构，弹性，电子和光学性质的MF。非局域修正方法已被用来捕捉弱范德华相互作用的层状和分子能量MF。在所测试的非局部校正方法中，optB 88-vdW方法对所研究的化合物效果良好。得到的平衡体积模量表明，MF是软比众所周知的起爆药雷酸银（SF），叠氮化银和叠氮化铅。MF在压力作用下表现出各向异性压缩性（b>a>c），相应的弹性模量按C22>C11>C33的顺序减小。结构和力学性能表明，由于Hg的高压缩性，MF对沿c轴的爆轰更敏感（类似于RDX）。沿轴的非键相互作用。采用全势线性缀加平面波方法，在最近发展的Tran-Blaha修正的Becke-Johnson（TB-mBJ）势下计算了含自旋轨道相互作用的电子结构和光学性质.计算的SF和MF的TB-mBJ电子结构表明，这些化合物是间接带隙绝缘体。此外，还发现SF和MF的Ag和Hg原子的4d和5d态的SO耦合分别更加明显。偏态密度和电子电荷密度图被用来描述化学键的性质。Ag-C键比Hg-C键更有方向性，这使得SF比MF更不稳定。SO耦合对光学性质的影响也进行了研究，发现这两种化合物是显着的。
2016-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Band Structure Engineering, Optical, Transport, and Photocatalytic Properties of Pristine and Doped Nb3O7(OH): A Systematic DFT Study
本研究通过系统DFT分析，探究原始及Ta/Sb掺杂Nb3O7(OH)的结构、能带工程等特性，发现掺杂可减小带隙、红移光学阈值并提高载流子迁移率，为其光催化及光电化学应用提供理论依据。
2025-02-14 cond-mat.mtrl-sci
