GPU acceleration of hybrid functional calculations in the SPARC electronic structure code
本文提出了SPARC电子结构代码的GPU加速版本，通过开发基于Kronecker乘积的批处理线性求解器及NVIDIA架构下的模块化混合泛函实现，在包含6000电子的金属系统中将求解时间缩短至约300秒，相比纯CPU实现了最高8倍节点小时和80倍核心小时的加速。
2025-01-27 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
A hybrid-exchange density-functional theory study of the electronic structure of $\mathrm{MnV}_2\mathrm{O}_4$: Exotic orbital ordering in the cubic structure
用杂化交换密度泛函理论研究了立方和四元$\mathrm{MnV}_2\mathrm{O}_4$的电子结构。计算得到的四方相的电子结构显示了V位上的反铁磁轨道有序和亚铁磁基态（V和Mn上的自旋是反对齐的）。这些结果与用局域密度近似+ $U$方法[S. Sarkar，et.例如，物理修订信函102，216405（2009）]。此外，电子结构，特别是投影态密度的立方相已预测与最近的软X射线光谱实验的良好协议。类似的tetraphite相，在立方结构中的V和Mn上的自旋有利于亚铁磁配置。最有趣的是，计算出的立方相V上自旋携带轨道的电荷密度显示了一种奇异的轨道排序，即，沿着[110]的铁轨道有序，但是沿着[ $\overline{1}$ 10]的反铁轨道有序。
2015-04-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
First principles phase diagram calculation and theoretical investigation of electronic structure properties of $\mathrm{KCuTe_{1-x}Se_{x}}$ for photocathode applications
本研究通过第一性原理计算 KCuTe₁₋ₓSeₓ 的温度-成分相图与电子结构，证明其在 322 K 以上形成六方固溶体，并具备高迁移率、强光吸收及合适析氢能级对齐，适用于光电阴极。
2025-01-04 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Electronic Structures of Hybrid Graphene/Phosphorene Nanocomposite
将二维单分子层的电子结构结合到杂化纳米复合材料中，有望显示出超越其单一组分的新性质。本文采用第一性原理计算研究了石墨烯/磷烯杂化纳米复合材料的结构、电子和光学性质。事实证明，弱范德华相互作用在石墨烯和磷烯之间占主导地位，并保留了它们的固有电子性质。混合石墨烯和磷烯纳米复合材料在石墨烯的狄拉克点处显示出可调的带隙，并且随着界面距离的减小，石墨烯从空穴到电子的转变。石墨烯与磷烯之间的电荷转移在杂化石墨烯和磷烯纳米复合材料中诱导界面电子空穴对，具有增强的可见光响应。
2014-11-06 cond-mat.mtrl-sci
Study of the structural and electronic properties of semimetallic InBi: first-principles calculation of compound with peculiarities of the electronic structure
本文通过第一性原理计算研究半金属InBi的结构与电子性质，揭示其B10结构下能带特殊性导致计算精度偏低，并提出考虑布里渊区高对称点处补偿半金属条件畸变以改善与实验的一致性。
2024-01-17 cond-mat.mtrl-sci
From semiconductor to metal: A reversible tuning of electronic properties of mono to multilayered SnS$_\mathrm{2}$ under applied strain
通过施加应变来控制2D材料的电子特性的变化已经成为设计用于定制应用的材料的有前途的方式。使用第一性原理密度泛函理论计算，我们表明，虽然电子结构和间接带隙的SnS $_\mathrm{2}$不改变显着的层数，它们可以通过施加双向拉伸（BT），双向压缩（BC），和正常的压缩（NC）应变可逆地调整。单层到多层SnS $_\mathrm{2}$在BT、BC和NC应变下分别在0.17、$-$ 0.26和$-$ 0.24的应变值下表现出可逆的半导体到金属转变（S-M）。由于较弱的层间耦合，在NC应变下SnS $_\text{2}$中实现S-M转变所需的临界应变值远高于MoS $_\mathrm{2}$。BT、BC和NC菌株的S-M转变分别由S- $p_z$和Sn-$s$、$p_x$ / $p_y$和Sn-$s$以及S- $p_z$和Sn- $s$轨道之间的相互作用引起。
2015-09-20 cond-mat.mtrl-sci
Total electronic energy by tight binding approximation and experimental toughness of three different hybrid polymers
采用改进的紧束缚近似计算了三种不同的杂化聚合物：$H-SiO_2$，$CH_3-SiO_2$和$C_6H_5-SiO_2$的总电子能量。我们假设这些聚合物的结构是无定形的。计算结果的总电子能量和实验数据\cite{ferchichi}对这三种杂化聚合物的韧性进行了比较。一个很好的定性协议之间的计算和实验。
2008-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Importance of magnetic shape anisotropy in determining magnetic and electronic properties of monolayer $\mathrm{VSi_2P_4}$
二维铁磁体是一个非常有趣的研究课题，而磁各向异性是稳定二维磁序所必不可少的。本文采用广义梯度近似加$U$（GGA + $U$）方法研究了$\mathrm{VSi_2P_4}$的磁各向异性能（MAE）、磁性和电子性质.对于大的$U$，磁形状各向异性（MSA）能对MAE的贡献更大，可以克服磁晶各向异性（MCA）能，表现出易平面。对于固定的面外MA，随着$U$的增加，单层$\mathrm{VSi_2P_4}$经历铁谷态（FV）、半谷金属态（HVM）、谷极化量子反常霍尔绝缘体态（VQAHI）、HVM和FV态。然而，对于平面内自适应MA，在所考虑的$U$范围内，不存在特殊的量子反常霍尔（QAH）态和自发谷极化。根据MAE和电子结构，在固定的面外或面内MA下，本征相图显示单层$\mathrm{VSi_2P_4}$中的普通磁性半导体（CMS）、FV和VQAHI。在参考文献中广泛使用的代表性$U$ $=$ 3 eV处，$\mathrm{VSi_2P_4}$可以被视为2D-$XY$磁体，而不是在先前的工作中仅考虑MCA能量预测的Ising类2D长程序磁体。我们的研究结果揭示了MSA在确定单层$\mathrm{VSi_2P_4}$的磁性和电子性质的重要性。
2022-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Large-scale electronic structure calculations of vacancies in 4H-SiC using the Heyd-Scuseria-Ernzerhof screened hybrid density functional
采用混合密度泛函（HSE 06）和精确的电荷修正方案，对4 H-SiC中空位的电子结构进行了大尺度和无能隙误差的计算.根据计算结果，提出了碳空位是导致Z1/2和EH 6/7 DLTS中心的主要原因
2011-05-16 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial growth and electronic structure of Ruddlesden-Popper nickelates ($ \mathrm{La}_{n+1}\mathrm{Ni}_{n}\mathrm{O}_{3n+1}, n=1-5 $)
通过反应分子束外延技术成功生长了 $ n $ 高达 5 的 Ruddlesden-Popper 镍酸盐薄膜，证实了其高结晶质量及对 $ n $ 值的强输运依赖性，并利用 ARPES 揭示了特定组分的电子结构特征。
2023-05-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Conditions for electronic hybridization between transition-metal dichalcogenide monolayers and physisorbed carbon-conjugated molecules
杂化效应在决定杂化无机/有机界面的电子性质方面起着至关重要的作用。为了深入了解这些重要的相互作用，我们进行了第一性原理的基础上的混合密度泛函理论，包括自旋轨道耦合，重点是八个代表性的系统形成的两个碳共轭分子芘和芘的物理吸附在过渡金属二硫属化物单分子膜（TMDC）的MoS $_2$，MoSe $_2$，WS $_2$，和WSe $_2$。通过带展开技术，我们分析了所考虑的材料的能带结构，确定了各个成分的贡献以及它们的杂交的签名。基于对称性和充满活力的参数，我们推导出共轭分子和底层TMDC之间的电子杂化的一般条件，即使前者不躺在后者的平面上，从而提供了预测它们的相互排列如何影响它们的电子相互作用的关键。
2022-04-05 cond-mat.mtrl-sci
Electronic mobility, doping, and defects in epitaxial $\mathrm{BaZrS_3}$ chalcogenide perovskite thin films
本文研究了外延BaZrS₃薄膜的电子输运性质，发现硫空位浅施主在空气中转化为中性氧缺陷导致性质变化，并提出了稳定电子性质的策略。
2025-06-03 cond-mat.mtrl-sci
The Synthesis, Structure and Electronic Properties of a Lead-Free Hybrid Inorganic-Organic Double Perovskite (MA)2KBiCl6 (MA = methylammonium)
在寻找可用作光伏应用中混合钙钛矿（MA）PbX 3的替代品的无铅材料时，我们发现了混合双钙钛矿（MA）2KBiCl 6，其与铅类似物具有惊人的相似性。光谱测量和纳米压痕研究相结合的密度泛函计算，揭示这个有趣的系统的属性。
2016-03-02 cond-mat.mtrl-sci
An electronic model for self-assembled hybrid organic/perovskite semiconductors: reverse band edge electronic states ordering and spin-orbit coupling
基于密度泛函理论，对有机/钙钛矿杂化晶体的电学和光学性质进行了深入的研究。我们考虑单晶4FPEPI作为材料模型，并证明了光学过程是由三个活跃的布洛赫态在约化布里渊区的Γ点，与四面体键合半导体相反的顺序。巨自旋轨道耦合效应和光学活动随后推断从对称性分析。
2012-09-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Ionic and electronic structure of sodium clusters up to N=59
用轴向平均和三维密度泛函方法计算了偶数电子数、原子数为2 ~ 59的钠团簇的离子和电子结构。一个本地的，唯象赝势再现重要的体和原子的性质，并促进结构计算已经开发。计算了$\mathrm{Na}_2$、$\mathrm{Na}_8$和$\mathrm{Na}_9^+$至$\mathrm{Na}_{59}^+$的光吸收光谱。离子结构的一致包含大大提高了与实验的一致性。观察到$\mathrm{Na}_{19}^+$到$\mathrm{Na}_{59}^+$的二十面体生长模式。这一发现得到了光吸收数据的支持。
2000-07-10 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus physics.chem-ph
Electronic and optical properties of SrTiO3 perovskite using semi-local and hybrid first principles density functional theory
采用密度泛函理论方法，在PBE和HSE水平上研究了钛酸锶钙钛矿的晶格常数。该研究已经在所有3个现有的相，即立方相，正交相和四方相，然而，到目前为止，实验细节仅适用于立方相。
2021-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Thickness-dependent electronic and magnetic properties of $γ'$-Fe$_{\mathrm 4}$N atomic layers on Cu(001)
用扫描隧道显微镜/光谱和X射线吸收光谱/磁性圆二色性研究了Cu（001）表面$γ'$ $_{4}$ N原子层的生长、电子和磁性。通过在$_{2}$气氛下将Fe沉积到单层Fe-PDMATHABMON/Cu（001）上获得了有序的三层$γ'$ $_{4}$ N的连续膜，而在生长周期期间用0. 5 $^{+}$离子重复轰击导致不完美的双层$γ'$ $_{4}$ N。样品厚度的增加导致表面电子结构的变化，以及Fe原子的自旋磁矩的增强，在三层样品中达到$\sim$ 1.4 $μ_{\mathrm B}$ /atom.通过使用第一性原理计算的层分辨态密度很好地解释了所观察到的系统的厚度依赖性性质，这证明了在Cu（001）上的$γ'$ $_{4}$ N原子层的每个表面、次表面和界面平面内的强烈的层依赖性电子态。
2017-02-06 cond-mat.mtrl-sci
Adsorption of PTCDA and C60 on KBr(001): electrostatic interaction versus electronic hybridization
功能分子在绝缘体表面的吸附是分子电子学研究的重要内容。本文利用密度泛函理论和非接触原子力显微镜对PTCDA和C60在KBr（001）表面的几何和电子性质进行了系统的研究。结果表明，静电作用是PTCDA与C60在KBr上吸附的主要作用机理。因此，可以得出结论，碱金属卤化物是一个有竞争力的候选人，以通过支持低极化率分子，如PTCDA，在未来的电子学。
2013-03-25 cond-mat.mtrl-sci
Self-consistent hybrid functional calculations: Implications for structural, electronic, and optical properties of oxide semiconductors
密度泛函理论中新的交换相关泛函的发展意味着以适度的计算成本可以获得越来越精确的信息。最近，已经提出了一种新开发的自洽混合泛函[Skone \textbf{89}，195112（2014）]，其允许使用完全\textit{ab initio}程序可靠且准确地计算材料性质。在这里，我们将这个新的功能，纤锌矿ZnO，金红石SnO $_2$，和岩盐MgO。我们提出了计算的结构，电子和光学性质，我们比较得到的结果与PBE和PBE0泛函。对于所有的半导体在这里考虑的自洽混合的方法给出了改进的协议与实验结构数据相对于PBE 0混合泛函的计算成本适度增加，同时避免了常见的常规混合泛函的双线性。ZnO和MgO的电子性质得到改善，而SnO $_2$的PBE 0混合功能给出最好的协议与实验数据。
2017-11-08 cond-mat.mtrl-sci
Hybrid nano-domain structures of organic-inorganic perovskites from molecule-cage coupling effects
在杂化钙钛矿中，有机分子和无机骨架表现出不同的静态和动态特性。它们的耦合将导致前所未有的现象，这引起了广泛的研究兴趣。本文采用具有DFT精度的大规模分子动力学模拟方法--深势分子动力学（DPMD）对$\mathrm{FA/MAPbI_3}$混合钙钛矿进行了研究。首次在低温下发现了多个分子旋转纳米畴嵌入单个$\mathrm{[PbI_6]^{4-}}$八面体旋转畴的自发混合纳米畴行为。这一行为起源于分子转动的长程序和晶格局部变形之间的相互作用，并澄清了$\mathrm{FAPbI_3}$在低温下令人困惑的衍射图案。我们的工作为杂化钙钛矿的结构特征和稳定性提供了新的见解，也为有机-无机耦合体系的结构表征提供了新思路。
2022-09-27 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Coupling between the Unoccupied States of the Organic and Inorganic Sub-Lattices of Methylammonium Lead Iodide a Hybrid Organic-Inorganic Perovskite Single Crystal
有机-无机卤化物钙钛矿由于其应用而受到广泛的关注，但有机阳离子的光电功能仍不清楚。通过有机选择性共振俄歇电子能谱测量定义明确的单晶表面上，我们发现的证据，在未占用状态之间的有机和无机的子晶格的原型混合钙钛矿，这是相反的概念，根据以前的研究，有机阳离子是电子惰性的电子耦合。耦合与材料中的电子动力学和理解光电功能有关。
2021-05-18 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen Bonding: A Mechanism for Tuning Electronic and Optical Properties of Hybrid Organic-Inorganic Frameworks
在这里，我们表明，在这一领域的重大进展可能会实现通过引入结构元素，形成氢键与环境。考虑具有不同结构排序的混合骨架材料的几个实例，其含有与电负性卤素阴离子（Cl-、F-）形成强氢键的质子化锍阳离子H3 S+，我们发现氢键增加了材料的结构稳定性，并且可用于调节带隙附近的电子态。我们认为，这种行为具有普遍性，并应观察到在杂化无机-有机骨架材料含有质子化阳离子。这种效应可以作为光电和光伏应用的可行途径。
2016-04-25 cond-mat.mtrl-sci
Hybrid density-functional theory calculations of electronic and optical properties of mercaptocarboxylic acids on ZnO $(10{\overline 1}0)$ surfaces
本文采用密度泛函理论半局域和混合交换关联泛函方法研究了不同碳链长度的巯基羧酸在ZnO-（10-10）表面上的电子性质.在所研究的结构中，我们确定单齿吸附模式是稳定的。此外，该模式在ZnO带隙中引入了光学活性态，进一步证实了在PBE 0和TD-PBE 0水平上的介电函数的计算。一个有趣的发现是，吸附模式和混合系统的介电性质都是相当不敏感的链长，因为受体分子状态是非常本地化的硫原子。这表明即使是小分子也可以用于稳定ZnO表面并增强其光电应用的功能。
2018-10-04 cond-mat.mtrl-sci
First Principle Study for Optical Properties of TMDC/Graphene Heterostructures
$\mathrm{MX}_2$（$\mathrm{M}=\mathrm{Mo},\mathrm{W}$ ; $\mathrm{X}=\mathrm{S},\mathrm{Se}$）家族中的过渡金属二硫属化物（TMDC）和石墨烯单层分别是原子级薄的半导体和半金属。单层$\mathrm{MX}_2$已被发现作为一类用于电子和光电子应用的新型半导体。由于这两种材料的六方晶格结构，$\mathrm{MX}_2$和石墨烯通常彼此结合以制造范德华异质结构。本文基于密度泛函理论对$\mathrm{MX}_2/\mathrm{Gr}$异质结构进行了理论研究。计算了四种不同$\mathrm{MX}_2/\mathrm{Gr}$异质结的电子结构和光学性质。我们系统地比较了这些$\mathrm{MX}_2/\mathrm{Gr}$异质结构的复介电常数，吸收系数，反射率和折射率。
2022-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and magnetic properties of the graphene/Eu/Ni(111) hybrid system
在GGA+U方法的框架下，考虑色散相互作用，研究了石墨烯/Eu/Ni（111）类插层体系的电磁性质.与自支撑石墨烯以及石墨烯/Ni（111）相比，在Ni（111）上的石墨烯下方嵌入单原子Eu层导致石墨烯的电子结构的急剧变化。讨论了自旋极化的Eu 4f态（穿过石墨烯衍生的$π$态）对石墨烯的磁性和石墨烯/Eu/Ni（111）三层的自旋过滤性质的强烈影响。
2014-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Impact of Zr substitution on the electronic structure of ferroelectric hafnia
本研究采用自能修正密度泛函理论，系统探究Zr取代对铁电铪基氧化物电子结构的影响，明确了HZO带隙随Zr含量的变化规律与机制，同时解释了HfO₂/ZrO₂超晶格带隙低于ZrO₂的原因。
2023-02-08 cond-mat.mtrl-sci
A possible electronic state quasi-half-valley-metal in $\mathrm{VGe_2P_4}$ monolayer
谷电子学的关键问题之一是实现谷极化。铁谷（FV）半导体和半谷金属（HVM）被提出，它们具有本征自发谷极化。在这里，我们提出了准半谷金属（QHVM）的概念，包括电子和空穴载流子，只有一种类型的载流子被谷极化。QHVM可以实现电子和空穴的分离功能。一个具体的例子$\mathrm{VGe_2P_4}$单分子层被用来说明我们的建议，通过第一性原理计算。为了更好地实现QHVM，施加电场以调谐$\mathrm{VGe_2P_4}$的相关谷特性。在所考虑的电场范围内，$\mathrm{VGe_2P_4}$始终是铁磁（FM）基态，通过计算磁各向异性能（MAE），包括磁形状各向异性（MSA）和磁晶各向异性（MCA）能，发现$\mathrm{VGe_2P_4}$具有面外磁化。这些面外FM特性保证了$\mathrm{VGe_2P_4}$中固有的自发谷极化。在一定的电场范围内，QHVM可以保持不变，相关的极化特性可以有效地调节。我们的工作为valleytronics的二维（2D）功能材料设计铺平了道路。
2022-10-21 cond-mat.mtrl-sci
Native point defects in CuIn$_{1-x}$Ga$_x$Se$_{2}$: hybrid density functional calculations predict origin of p- and n-type conductivity
基于HSE 06杂化泛函理论，我们对CuIn $_{1-x}$ Ga $_x$ Se $_{2}$中由于本征点缺陷引起的p型和n型导电性进行了第一性原理研究.能带排列表明，由于导带最小值的增加，$x$的带隙变大，使得难以在CuGaSe $_{2}$中建立n型导电性。由缺陷形成能可知，In/$_{\mathrm{Cu}}$是浅施主，$_{\mathrm{Cu}}$，VPDMATHABMR和Cu $_{\mathrm{In}/\mathrm{Ga}}$是浅受主.利用电离缺陷和本征载流子的总电荷中性来确定费米能级，我们表明，在富In生长条件下，在$_{\mathrm{Cu}}$导致强烈的n型导电性CuInSe $_{2}$。在贫In生长条件下，CuInSe $_{2}$中的导电类型改变为p型，并且In $_{\mathrm{Cu}}$对受主的补偿减少，如在光致发光实验中观察到的。在CuGaSe $_{2}$中，原生受主钉扎远离导带最小值的费米能级，从而抑制n型导电性。另一方面，CuGaSe $_{2}$在宽范围的贫Ga生长条件下显示出强的p型导电性。最大p型导电性CuIn $_{1-x}$ Ga $_x$ Se $_{2}$在In/Ga-贫生长条件下达到，与In/Ga-贫化学计量样品上的电荷浓度测量一致，并且主要是由于占主导地位的受主Cu $_{\mathrm{In}/\mathrm{G…
2014-07-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of low-dimensional inorganic/organic interfaces: Hybrid density functional theory, $G_0W_0$, and electrostatic models
混合无机/有机界面的电子性质的第一性原理模拟是具有挑战性的，因为常见的密度泛函理论（DFT）近似针对特定的材料类别，如块状半导体或气相分子。作为一个典型的例子，蒽物理吸附在单层钼$_2$，我们评估的能力，不同的\textit{ab initio}计划描述的电子结构，使用半本地和混合DFT。对于后者，采用无约束的三参数距离分离格式。与多体微扰理论结果的比较表明，DFT基本上无法对界面性质做出可靠的预测。混合泛函，虽然提高了准确性的MoS $_2$能带结构，不系统地增强描述的混合系统相对于半本地泛函。这两种方法都没有为$G_0W_0$提供良好的起点，因此，除了正确的能级对准之外，$G_0W_0$不能提供很多信息。我们表明，非经验参数化的静电屏蔽模型可以完成相同的任务，在可以忽略不计的计算成本。这样的计划可以包括基板的混合界面与实验数据吻合良好。我们的研究结果表明，目前，完全原子，多体模拟弱相互作用的混合系统是不值得所需的计算资源。相比之下，从头算参数化的有效模型模仿环境提供了一个可扩展的替代方案，而不影响准确性和预测性。
2023-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxially Driven Phase Selectivity of Sn in Hybrid Quantum Nanowires
混合半导体/超导体纳米线构成了一个普遍的平台，用于研究栅极可调超导性和拓扑行为的出现。它们的低维性和晶体结构的灵活性促进了新型异质结构的生长和有效的材料优化，这是精确构建复杂的多组分量子材料的关键先决条件。在这里，我们提出了一个广泛的优化锡生长的InSb，InAsSb和InAs纳米线。我们演示了半导体的生长条件和晶体结构/对称性如何驱动半金属$\mathrm{α-Sn}$或超导$\mathrm{β-Sn}$的形成。对于InAs纳米线，我们获得了纯相的超导$\mathrm{β-Sn}$壳。然而，对于InSb和InAsSb纳米线，初始外延$\mathrm{α-Sn}$相演变成共存的$\mathrmα$和$\mathrmβ$相的多晶壳，其中$β/α$体积比随着Sn壳厚度而增加。这些纳米线是否表现出超导性关键取决于$\mathrm{β-Sn}$含量。因此，这项工作提供了关键的见解Sn相位控制在各种半导体，与后果的超导混合适合产生拓扑系统的产量。
2023-01-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Vacancy-Driven Electronic Reconstruction in Monolayer PtSe$_2$: Formation Thermodynamics and Charge States
School of Physics and Astronomy, Beijing Normal University（北京师范大学物理与天文学院）；Key Laboratory of Multiscale Spin Physics (Beijing Normal University), Ministry of Education（教育部多尺度自旋物理重点实验室（北京师范大学））；College of Science, Liaoning Petrochemical University（辽宁石油化工大学理学院）
本研究基于第一性原理计算，探究单层PtSe₂中各类空位的形成热力学、电荷态等，发现Vₛₑ形成能最低，空位扩散受抑制，缺陷可调控其光学性质，为其器件设计提供指导。
2026-08-19 cond-mat.mtrl-sci
The electronic structures and magnetic properties of perovskite ruthenates from constrained orbital hybridization calculations
我们介绍了一种方法来分析杂交的影响，通过移动相应的原子水平，使用外部的潜力。在此基础上，我们对钙钛矿结构的钌酸盐进行了研究，明确发现\textit{A}位阳离子与O离子的共价性会改变Ru-O杂化，从而改变费米能级的态密度，从而对磁性产生显著影响。研究了压力对SrRuO $_{3}$中Ru-O-Ru键角的影响，发现静水压对Ru-O-Ru键角的影响很小，但会显著减小Ru-O键长，增加能带宽度.因此，磁有序温度将随压力单调下降。
2010-11-08 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and piezoelectric properties of BN nanotubes from hybrid density functional method
采用杂化密度泛函（B3 LYP）方法研究了氮化硼（BN）纳米管的电子和压电性质。我们首先研究了体相h-BN和BN片，发现B3 LYP的能带结构和能隙与GW的结果一致。B3 LYP带隙比LDA带隙大约1.8 eV的锯齿形和扶手椅形纳米管具有不同的半径。我们给出了另一种解释，在4.45 eV的光吸收线可能是由于小锯齿形BN纳米管中的电子跃迁。锯齿形BN纳米管的B3 LYP方法的压电常数基本上大于PVDF聚合物家族中的压电常数，这表明BN纳米管作为各种纳米机电应用的候选物。
2005-10-16 cond-mat.mtrl-sci
Semiconducting Electronic Structure of the Ferromagnetic Spinel $\mathbf{Hg}\mathbf{Cr}_2\mathbf{Se}_4$ Revealed by Soft-X-Ray Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy
本研究结合SX-ARPES与第一性原理计算，证实铁磁尖晶石$\text{Hg}\text{Cr}_2\text{Se}_4$为铁磁半导体，指出此前其为磁性外尔半金属的理论预测低估了带隙。
2023-05-02 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure and phase stability of oxide semiconductors: Performance of dielectric-dependent hybrid functional DFT, benchmarked against $GW$ band structure calculations and experiments
我们调查的带隙，平衡结构，和相稳定性的几个大块多晶型的宽禁带氧化物半导体ZnO，TiO 2，ZrO 2，和WO 3。我们特别关注的是评估混合泛函的性能与Hartree-Fock精确交换的分数从计算的材料的电子介电常数获得。我们提供了比较标准的密度泛函理论和GW方法。我们最后分析了TiO 2到Ti 2 O3的化学还原，涉及氧化物化学计量的变化。我们表明，介电依赖的混合功能一般是良好的再现基态（晶格常数，相稳定性序列，和反应能）和激发态（光电子能隙）的属性在一个单一的，完全从头算框架。
2015-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Thickness dependent structural and electronic properties of CuO adsorbed on SrTiO3(100): a hybrid density functional theory study
利用杂化密度泛函理论研究了SrTiO 3（100）衬底上生长的四元CuO的结构和电子性质。我们的分析解释了实验中观察到的巨大的Cu-O垂直距离（~2.7 A），这是两个竞争的局部Cu-O环境之间的特殊挫折，其特征在于不同的面内和面外键长和Cu电子布居。衬底效应的适当包括是至关重要的，以了解的tetraorbital膨胀和正确地再现测量的价带光谱的CuO厚度为3-3.5单位电池，与实验估计的厚度一致。
2010-07-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Hybrid Numerical Solvers for Massively Parallel Eigenvalue Computation and Their Benchmark with Electronic Structure Calculations
构造了大规模并行广义特征值问题（GEP）的最优混合数值求解器，并在K机等超级计算机上进行了强尺度基准测试，计算矩阵规模为M = 10^4-10^6，核数可达105个.将GEP过程分解为标准特征值问题（SEP）的简化和SEP的求解两个子过程，从ScaLAPACK、ELPA和EigenExa三个并行求解器库中为每个子过程选择一个例程，构造了一个混合求解器。混合求解器与两个较新的库，ELPA和EigenExa，提供更好的基准测试结果比传统的ScaLAPACK库。对结果的详细分析表明，减速器可能成为下一代（exa级）超级计算机的瓶颈，这对未来的研究具有指导意义。该代码是作为一个中间件和一个迷你应用程序开发的，将出现在网上。
2015-04-24 cond-mat.mtrl-sci cs.NA math.NA
Electronic properties of zigzag, armchair and their hybrid quantum dots of graphene and boron-nitride with and without substitution: A DFT study
采用自旋极化密度泛函理论对扶手椅型石墨烯量子点和氮化硼量子点进行了计算，研究了碳/氮化硼取代对这两种量子点电子性质的影响.作为考虑更现实的量子点的第一步，已经考虑了作为Z字形QD和扶手椅QD的组合的量子点。针对GQD和BNQD探索了取代对这些混合量子点的影响，并将这些结果与取代的A-G/BN-QD及其锯齿形类似物的结果进行了比较和对比。我们的工作表明，边缘替代可以发挥重要的工具，同时调整量子点的电子性质。
2014-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Self-passivation of Single Vacancy in Black Phosphorus via a Controlled Ionization
本文报道了一元黑磷的单空位电子自钝化机制。通过低温扫描隧道显微镜和键分辨非接触原子力显微镜，我们证明了SV局部重构和电离成带负电荷的$\mathrm{SV}^-$导致悬挂键的钝化，从而导致带隙态的淬灭，这可以通过温和的热退火或STM针尖操作来实现。SV表现出强烈的对称Friedel振荡（FO）模式，而$\mathrm{SV}^-$则表现出局部扰动幅度减小一个数量级的非对称FO模式，衰减速率更快。通过形成$\mathrm{SV}^-$增强的钝化可以归因于其弱的类偶极微扰，与密度泛函理论和数值计算一致。因此，自钝化的$\mathrm{SV}^-$是电子良性的，并且充当弱得多的散射中心，这可能是进一步增强BP及其类似物的电荷迁移率的关键。
2021-07-07 cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Study of Hybrid Graphene and MoS$_2$ Nanocomposites
结合石墨烯和二硫化钼（MoS $_2$）单层的电子性质，在实验上合成了二维（2D）石墨烯杂化纳米复合材料，以创建优异的电子、电化学、光伏、光响应和存储器件。在这里，第一性原理计算进行调查的电子，电气和光学性能的混合G/MoS $_2$和G/MoS $_2$ /G纳米复合材料。结果表明，弱范德华相互作用在石墨烯和MoS $_2$之间占主导地位，保留了它们的固有电子性质。有趣的是，通过施加垂直于混合G/MoS $_2$和G/MoS $_2$ /G纳米复合材料的电场，石墨烯的可调p型掺杂非常容易实现，因为由于石墨烯的功函数接近MoS $_2$的电子亲和力，电子可以容易地从石墨烯的狄拉克点转移到MoS $_2$的导带。垂直电场可以产生强p型但弱n型的石墨烯掺杂，在混合G/MoS $_2$ /G夹层纳米复合材料中诱导电子空穴对。此外，混合G/MoS $_2$和G/MoS $_2$ /G纳米复合材料的光学性能的改善也被期望具有潜在的光伏和光响应应用。
2014-11-03 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and optical properties of spinel zinc ferrite: $Ab$ $initio$ hybrid functional calculations
尖晶石铁氧体一般表现出丰富的结构，电子和磁性的相互作用。在这里，我们特别关注铁酸锌（ZFO），它已被实验观察到结晶在立方$normal$尖晶石结构。然而，它的磁基态仍有争议。此外，ZFO薄膜或纳米结构中的一些不寻常的磁性已经被解释为可能的部分阳离子反转和尖晶石结构的两个阳离子子晶格之间的不同的磁相互作用相比，晶体块体材料。在这里，密度泛函理论已被应用于研究不同的反型度和阳离子子晶格之间的磁耦合的结构，电子，磁性和光学性质的影响。交换和相关性的影响已经建模使用广义梯度近似（GGA）与哈伯德“+ $U$”参数，和更精细的混合功能PBE 0。虽然GGA+ $U$计算产生的反铁磁耦合$normal$尖晶石结构作为基态，在PBE 0计算的铁磁耦合$normal$尖晶石是积极略有青睐，和混合功能计算执行更好的结构，电子和光学性能。
2018-10-24 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and gap properties of lead-free perfect and mixed hybrid halide perovskites: An \textit{ab-initio} study
由于其在光电子学和太阳能电池中的潜在应用，混合卤化物钙钛矿目前正处于激烈的研究中。其中，MAPbI $_3$（其中MA代表甲基铵阳离子）表现出用于太阳能电池的理想性质。为了尝试鉴定新的无铅卤化物钙钛矿，我们使用\textit{ab-initio}电子结构计算结合杂化泛函研究了一系列MABX $_3$化合物，其中B是二价阳离子，X是卤素原子。我们的研究结果表明，所研究的化合物表现出各种晶格常数和能带隙。特别地，MAZnCl $_3$、MACdBr $_3$、MAGeCl $_3$和MAGeBr $_3$易于在器件中取代MAPbI $_3$，因为它们显示出相当的能隙。对混合混合卤化物钙钛矿的进一步计算表明，尽管不存在简化的模式，但我们可以调整能隙的值。我们的研究结果为进一步研究这些材料在技术相关应用中的用途铺平了道路。
2017-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and Optical Properties of Functionalized GaN (10-10) Surfaces using Hybrid-Density Functionals
小分子配体在半导体表面的吸附是一种可能的途径来修饰这些表面，使得它们可以用于生物传感和光电子器件。在这项工作中，我们进行密度泛函理论计算的电子和光学性质的GAN-（10 $\bar1$ 0）表面的小配体。从研究的锚基团，我们表明，巯基引入状态的GAN带隙。然而，这些状态不是光学活性的，至少对于这些完美的表面。这意味着需要考虑更真实的表面，以表明表面改性如何增强GAN非极性表面的光学特性。
2018-10-22 cond-mat.mtrl-sci
Correlation-driven threefold topological phase transition in monolayer $\mathrm{OsBr_2}$
自旋轨道耦合（SOC）结合电子关联可以诱导拓扑相变，产生新的电子态。在这里，我们调查的SOC相结合的相关效应对单层$\mathrm{OsBr_2}$的物理性质的影响，基于第一性原理计算与广义梯度近似加上$U$（GGA+ $U$）的方法。在本征面外磁各向异性的情况下，随着$U$的增加，$\mathrm{OsBr_2}$经历了三重拓扑相变，并且可以诱导谷极化量子反常霍尔绝缘体（VQAHI）到半谷金属（HVM）到铁谷绝缘体（FVI）到HVM到VQAHI到HVM到FVI的转变。这些拓扑相变与$d_{xy}$ / $d_{x^2-y^2}$和$d_{z^2}$轨道之间的符号可逆Berry曲率和能带反转有关。由于$\bar{6}m2$对称性，$\mathrm{OsBr_2}$的压电极化被限制在平面内扶手椅方向，并且只有一个$d_{11}$是独立的。对于给定的材料，相关强度应该是固定的，并且$\mathrm{OsBr_2}$可以是压电VQAHI（PVQAHI）、压电HVM（PHVM）或压电FVI（PFVI）。通过反转Os原子的磁化强度可以翻转谷极化，通过将面外磁化强度调整为面内磁化强度可以抑制铁谷（FV）和非平凡拓扑性质.在所考虑的合理$U$范围内，估算的居里温度均高于室温。我们的研究结果提供了对$\mathrm{OsBr_2}$可能的电子态的全面理解，并证实了强SOC结合电子关联可以诱导多量子…
2022-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Predicting the electronic structure of weakly interacting hybrid systems: The example of nanosized pea-pod structures
我们提供了一个简单的计划，用于预测范德华束缚系统的电子结构，仅仅基于知识的子单元的电子结构。我们以纳米豆荚为例证明了这一点，纳米豆荚由封装在单壁碳纳米管中的聚噻吩组成。使用密度泛函理论，我们解开的贡献水平排列。示出的主要贡献是由主机内的聚合物，这反过来又是由管的曲率的电离电位。只有一个小的修正引起的电荷重新分布的组成部分的域内。由于豆荚的圆柱形几何形状和它们的介电特性，极化效应被证明是轻微的。我们的研究结果为设计这种复杂材料的光电性能开辟了前景。
2013-01-18 cond-mat.mtrl-sci
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
Electronic and optical properties of Cr and Cr-N doped anatase TiO2 from screened Coulomb hybrid calculations
采用混合密度泛函理论计算方法研究了Cr和N共掺杂的TiO 2的电子结构和原子结构。非定域屏蔽Hartree-Fock交换能与传统的半定域交换能部分混合。这不仅治愈了带隙低估，而且改善了阴离子/阳离子驱动的杂质状态和掺杂剂的磁化的描述。Cr和/或N掺杂改变了TiO 2的价带和导带边缘，导致显著的带隙减小。因此，Cr、N和Cr-N掺杂的TiO 2有望用于增强的光活性。
2013-03-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Hybrid exchange-correlation functional for accurate prediction of the electronic and structural properties of ferroelectric oxides
采用原子轨道线性组合方法，系统地比较了不同的密度泛函理论和混合交换相关泛函理论对铁电氧化物电子和结构性质的预测.结果发现，没有一个可用的功能是能够提供，在同一时间，准确的电子和结构性能的立方相和四方相的BaTiO $_3$和PbTiO $_3$。一些，虽然不是全部，通常的DFT泛函预测的结构与可接受的精度，但总是低估了电子带隙。相反，常见的混合泛函产生的带隙的改进的描述，但高估的体积和原子扭曲相关的铁电性，从而导致一个不可接受的大$c/a$比率为两种化合物的四元相。发现这种超四边形性主要由对应于广义梯度近似（GGA）的交换能引起，并且在较小程度上由混合泛函的精确交换项引起。因此，我们提出了一个替代的功能，混合确切的交换与最近提出的GGA的吴和科恩[物理评论B 73，235116（2006）]，对于固体，改善了最常见的GGA的交换的处理。新的功能呈现一个准确的描述典型的铁电氧化物的结构和电子性质。
2008-05-06 cond-mat.mtrl-sci
Structural and Electronic Properties of Hybrid Perovskites for High-Efficiency Thin-Film Photovoltaics from First-Principles
钙钛矿太阳能电池的性能最近超过了15%的太阳能-电力转换效率，用于小面积设备。活性吸收层，即由混合金属和有机卤化物[ \textit{e.g.}（NH $_4$）PbI $_3$和（CH $_3$ NH $_3$）PbI $_3$ ]形成的混合有机-无机钙钛矿的基本性质在很大程度上是未知的。材料是在第一布里渊区的边界处具有直接带隙的半导体。计算的介电响应和带隙显示出取向依赖性，与有机阳离子的旋转的低势垒。由于甲基铵阳离子的电偶极子，可以获得光铁性效应，这可以增强载流子收集。
2013-09-17 cond-mat.mtrl-sci
Probing 5f electronic hybridization in Uranium compounds via x-ray magnetic circular dichroism
利用X射线磁性圆二色性测量和第一性原理计算研究了UTe和UT_{2} Si_{2}（T=Cu和Mn）化合物的自旋相关电子结构.通过利用U L_{2,3}边缘X射线吸收截面的相当大的四极和偶极贡献的存在下，我们能够提供独特的信息之间的杂交程度5 f和6d/3d电子状态，一个关键参数调节所有锕系材料的物理性质。由于其他探测器很难获得这些信息，新方法为研究这类重要的材料开辟了新的途径。
2016-01-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Ionic-to-electronic current amplification in hybrid perovskite solar cells: ionically gated transistor-interface circuit model explains hysteresis and impedance of mixed conducting devices
混合钙钛矿半导体中的移动离子为电子器件引入了新的自由度，这表明了光致发光之外的应用。需要一个直观的器件模型来描述离子和电子电荷转移之间的相互作用，以释放该技术的全部潜力。我们将钙钛矿接触界面描述为晶体管，其将离子电荷再分布耦合到控制电子注入和复合的能量屏障。这揭示了异相电子电流和离子电流之间的放大因子。我们的研究结果提出了一种策略，设计薄膜电子元件与大型，可调，电容器和电感器的特性。由此产生的简单的等效电路模型，我们验证了与时间相关的漂移扩散模拟测量的阻抗谱，允许钙钛矿太阳能电池的行为的一般描述和解释。
2019-02-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Chemical functionalization, electronic and dielectric properties of hybrid organic-tin layers
利用第一性原理计算研究了锡单分子膜（锡烯）上吸附的小分子有机配体的带隙调谐和介电性质。利用密度泛函理论进行的电荷密度分析表明，配体被化学吸附在锡烯上，并且其中一些基团可以在原来的金属锡烯中打开带隙。此外，多体GW计算表明，裸和配体吸附锡烯的介电性质具有较大的各向异性。我们的发现，一个有限的差距开辟了一条道路，理性的理论设计功能化的二维锡烯。
2020-08-28 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure and magnetic properties of $\mathrm{CaCr}\mathrm{O}_3$: The interplay between spin- and orbital-orderings
采用杂化交换密度泛函理论和密度泛函理论+ $U$方法计算了CaCr $\mathrm{O}_3$的电子结构和磁性。从这两种方法计算的态密度与以前的X射线光谱定性一致。另一方面，带隙的打开将它们分开。混合交换密度泛函理论总是给出有限的带隙，从HSE 06泛函下降到$\sim 1.2$ eV，而通过将Hubbard-$U$参数调整到$0.5$ eV，可以获得具有AFM-C（在文中定义）自旋构型的导电状态。从混合密度泛函理论，计算的最近邻交换相互作用沿$c$轴和在$ab$平面分别为$\sim 4$ meV和$\sim 6$ meV（反铁磁），这是定性与以前的磁性测量。这些反铁磁交换相互作用，以及面内反铁磁轨道有序化将导致自旋轨道阻挫，这可能对CaCrO $_3$的异常电子性质起作用.在混合交换密度泛函理论中，随着温度的降低，铁磁态的多数自旋带隙在60 K到100 K之间突然减小（$\sim 0.2$ eV），这与[A. C. Komarek等人例如，B \textbf{84}，125114（2011）]。与此形成鲜明对比的是，密度泛函理论+ $U$方法预测AFM-C状态为低于90 K测量的晶体结构的最低AFM状态，然而高于90 K时AFM-A最低。讨论了与之密切相关的电子空穴液体和表面等离子体介导的自旋相互作用。
2015-05-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Broken Screw Rotational Symmetry in the Near-Surface Electronic Structure of $AB$-Stacked Crystals
本文利用ARPES和第一性原理计算研究2H-NbS₂与h-BN，发现近表面螺旋旋转对称性部分破缺导致能带打开带隙，揭示了近表面电子结构与体相的定性差异。
2024-03-30 cond-mat.mtrl-sci
