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
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
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
Unfolding first-principles band structures
提出了一种通用的方法来展开能带结构的第一性原理超原胞计算与适当的光谱权重，允许更容易可视化的电子结构和破坏的平移对称性的程度。由此产生的未折叠的能带结构包含来自Kohn-Sham轨道的额外的丰富信息，并且吸收了使它们理想地用于与角分辨光电发射光谱实验进行直接比较的结构因子。由于使用了Wannier函数，计算量可以忽略不计，这种简单的方法在研究含有杂质、空位、晶格畸变或自发的长程序的各种材料中具有很大的实用价值。
2010-02-22 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
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
Efficient Band Structure Unfolding with Atom-centered Orbitals: General Theory and Application
The NOMAD Laboratory at Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft（马克斯·普朗克学会弗里茨·哈伯研究所NOMAD实验室）；Max-Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter（马克斯·普朗克物质结构与动力学研究所）
本文提出了一种基于原子中心轨道的高效能带展开方法，适用于全电子计算，能准确展开导带、价带和核心态，并展示了其在强非谐材料中计算温度依赖能谱的功能。
2026-01-08 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
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
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
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
Localization of electronic states in III-V semiconductor alloys: a comparative study
III-V族半导体合金的电子性质研究使用第一性原理，重点是电子态的空间局域化。我们比较本地化的能带边缘，由于在主机GaAs中的各种等价杂质，包括其对光致发光线宽和载流子迁移率的影响。在能带边缘的本地化的极端与个别元素的能力，以改变带隙和相对带对齐。此外，替代性缺陷的形成能的计算和链接到与合金的生长和成形性相关的挑战。光谱分辨的逆参与比被用来映射本地化的前瞻性GaAs基材料合金的B，N，In，Sb和Bi的1.55 $μ$ m波长的电信激光器。这种分析是补充的电子结构和讨论的影响本地化的光学增益和俄歇损耗的带展开。光致发光谱的展宽和载流子迁移率的实验数据的一致性表明，局域化特性可以作为半导体合金工程的指导方针。
2017-05-08 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
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
Program LMTART for Electronic Structure Calculations
本文介绍了一个用全势能线性Muffin-tin轨道方法计算电子结构的计算机程序LMTART
2004-09-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
PyProcar: A Python library for electronic structure pre/post-processing
PyProcar Python软件包绘制了能带结构和费米面，作为电子结构计算中布里渊区和能带中每个$k$点获得的位置和/或s、p、d、f投影波函数的函数。这可以在任何电子结构代码之上执行，只要带和投影信息以PROCAR格式写入，如VASP和ABINIT代码所做的那样。PyProcar也可以很容易地修改为读取其他格式。这个软件包特别适合理解原子对能带结构、费米面、自旋纹理等的影响。PyProcar可以方便地在命令行模式下使用，其中每个参数都定义了一个绘图属性。在费米表面的情况下，该软件包能够根据其他属性（如电子速度或自旋投影）用颜色绘制表面。用于计算性质的网格不需要与用于获得费米表面的网格相同。具有针对$k-$网格中的每个$k$ -点和每个能带评估的特定属性的文件可用于投影其他属性，例如电子-声子平均路径、费米速度、电子有效质量等。另一个现有特征是指将超级原胞计算的能带展开为预定义的单位胞元。
2019-06-26 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
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
Effects of P, As, and Sb heavy doping on band gap narrowing of germanium as light-emitting materials
该n型张应变Ge可用作高效发光材料。为了揭示n型掺杂对Ge电子结构的影响，采用第一性原理计算和能带展开技术计算了P、As和Sb掺杂Ge的电子结构.我们发现，这些n型掺杂可以诱导间接和直接的带隙变窄，这很好地再现实验观察到的光致发光光谱中发生的红移与n型掺杂的Ge。结果表明，间接带隙变窄主要是由杂质态引起的，而直接带隙变窄则是由掺杂原子引起的晶格畸变引起的。此外，我们发现，它可以用E_g^r-E_g^L来解释电压增加所需的通过不同的样品随着掺杂浓度的增加，以达到相同的发光电流密度。
2017-06-13 cond-mat.mtrl-sci
Structural, electronic, and optical properties of hexagonal GeSn from density functional theory
University of Konstanz（康斯坦茨大学）；Eötvös Loránd University（罗兰大学）
通过密度泛函理论研究六方GeSn随机合金的结构、电子和光学性质，发现其保持直接带隙并在中红外范围有强带隙弯曲，具有巨量极化各向异性。
2026-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Advanced modeling of materials with PAOFLOW 2.0: New features and software design
材料科学的最新研究为设计新的量子材料和器件开辟了令人兴奋的前景，但它要求对标准第一原理包中无法获得的性质进行定量预测。PAOFLOW是一个软件工具，通过投影到一组原子轨道上，从自洽的电子波函数构建紧束缚哈密顿量。电子结构提供了许多材料性质，否则将不得不通过唯象模型计算。在本文中，我们描述了最近重新设计的代码，以及新的功能和性能的改进。特别是，我们已经实现了对称操作展开等价的k点，这大大降低了运行时的要求的第一性原理计算，我们已经提供了内部例程的投影到原子轨道，使真实空间原子轨道的生成。此外，我们已经包括在电子输运计算的非恒定弛豫时间的模型，增加一倍的真实空间维度的哈密顿以及直接从分析模型的哈密顿建设。重要的是，PAOFLOW现在已经转换为Python包，并被简化为直接在其他Python代码中使用。新的面向对象设计将PAOFLOW计算例程视为类方法，为每个计算的显式控制提供API。
2021-07-27 cond-mat.mtrl-sci
The effect of isovalent doping on the electronic band structure of group IV semiconductors
除了SiGe之外，第IV族半导体的带隙工程还没有在理论和实验上得到很好的探索。最近，GeSn引起了人们的广泛关注，因为这种合金有可能获得直接带隙，从而使其适合用作发光体。其他IV族合金也可能表现出对器件应用有用的材料特性，从而扩展了IV族中带隙工程的空间。本文研究了所有IV族半导体合金的电子能带结构。十二种可能的A：B合金，其中A是半导体的主机（A = C，Si，和Ge）和B是一个等价的掺杂剂（B = C，Si，Ge，Sn，和Pb），在稀制度（0.8%）的等价掺杂剂在整个布里渊区（BZ）进行了研究，并在其电子能带结构的演变的化学趋势进行了仔细分析。使用具有最先进方法的密度泛函理论，例如meta-GGA泛函和光谱权重方法从大型超晶胞展开能带，以获得能带结构中的掺杂剂相关变化，特别是BZ的Γ点处的直接带隙和L（X）点处的间接带隙。几何畸变和电子相互作用的贡献进行了分析。此外，所获得的结果进行了讨论的背景下，获得直接的基本差距在Ge：B（B = C，Sn，和Pb）合金，和中间带形成在C：B（B = Sn和Pb）和Ge：C。还观察到局部化效应的增加：用较大共价半径的掺杂剂稀释的合金的强空穴局部化和用较小半径的掺杂剂稀释的合金的强电子局部化。最后，它表明，合金化Si和Ge与其他元素从IV族是一个很有前途的方式来提高IV族半导体的功能。
2022-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Irvsp: to obtain irreducible representations of electronic states in the VASP
我们提出了一个开源程序irvsp，计算电子态的不可约表示的所有230个空间群与维也纳从头算模拟包的接口。该代码由VASP软件包生成的基于平面波的波函数（例如WAVECAR）和空间群算子（列在OUTCAR中）提供。该程序计算矩阵表示的迹线，并确定三维布里渊区中所有能带和所有k点的相应不可约表示。它也适用于自旋轨道耦合（SOC），即，双人组。拓扑量子化学理论建立后，对能带、能带连通性和能带拓扑的分析尤为有用。相应地，开发了相关的库- irrep_bcs.a -，它可以很容易地被其他从头算软件包链接到。此外，该程序已被扩展到正交紧束缚（TB）哈密顿，例如电子或声子TB哈密顿。还介绍了一个姐妹程序ir 2 tb。
2021-01-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Electronic structure and self energies of randomly substituted solids using density functional theory and model calculations
我们描述的程序，以获得电子结构的无序系统使用紧密结合的模型或相当直接从从头密度泛函能带结构计算。能带结构的计算使用的超级细胞比那些包含一个单一的少数组分原子大得多。我们对大量不同的超级晶胞计算进行平均，这些超级晶胞计算包含超级晶胞中不同随机定位的少数组分原子以及由统计概率加权的不同的少数组分原子总数。我们开发了一个有效的和简单的算法展开这些频带，布洛赫定理的基础上。以这种方式获得的未折叠的能带结构表现出动量和能量加宽的结构，取代了经常使用的单个超级原胞计算中观察到的带隙。使用超级晶胞平均能带结构，可以引入自能，其由随机定位的合金组分的散射产生。自能是因果的，表现出很强的能量和一定的动量依赖性。自能表现出相当不平凡的行为，并且在费米能处通常不为零，导致病态或未定义的费米表面。费米能下的自能实部与明显违反卢廷格定理有关。费米面的表观体积与电子数之间没有简单的关系。介绍了模型和真实的二元合金系统的这些影响的例子。
2011-09-19 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Optical orientation of electron spins and valence band spectroscopy in germanium
我们研究了体锗直接带隙附近的光学取向。通过极化分辨光致发光激发光谱研究了电子自旋极化，揭示了掺杂和从布里渊区中心向边缘的超快电子转移之间的相互作用。结果，当激发激光能量增加时，直接间隙光致发光圆偏振可以从30%变化到-60%。这项研究还提供了同时访问的共振电子拉曼散射由于内部的价带激发的自旋极化的空穴，产生一个快速和多功能的光谱方法，用于确定半导体材料中的空穴的能谱。
2015-04-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A general purpose Fortran 90 electronic structure program for conjugated systems using Pariser-Parr-Pople model
Pariser-Parr-Pople（P-P-P）模型哈密顿量已被广泛用于计算$π$共轭体系的电子结构和光学性质。尽管大系统电子结构的\emph{ab initio}理论取得了巨大的成功，但由于最近对$π$ -共轭聚合物、富勒烯和其他碳基材料的物理学的兴趣的复苏，P-P-P模型仍然是一个流行的模型。本文介绍了我们研制的Fortran 90计算机程序，该程序采用P-P-P模型哈密顿量，不仅可以求解闭壳层和开壳层体系的Hartree-Fock（HF）方程，而且还可以在分子体系的单组态相互作用（SCI）水平上进行相关计算。此外，该代码能够计算各种水平的线性光学吸收谱，例如紧束缚（TB）Hueckel模型，HF，SCI，并且还能够使用Hueckel模型计算能带结构。该代码还允许用户在有限的外部电场存在下求解HF方程，从而允许计算静态极化率和电吸收光谱等量。我们证明了我们的代码的能力，通过执行共轭系统，如$trans$ -聚乙炔（$t$），聚- \emph{para} -亚苯基（PPP），聚-\emph{para} -亚苯基-亚乙烯基（PPV），\textit{oligo} -并苯，和石墨烯纳米盘的各种性质的计算。
2009-12-23 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Electronic band structure of nitrogen diluted Ga(PAsN): Formation of the intermediate band, direct and indirect optical transitions, localization of states
用密度泛函方法计算了含少量氮的Ga（PAs）的电子能带结构，包括修正的Becke-Johnson泛函方法准确地再现了带隙，带展开方法揭示了整个布里渊区的能带特征.正如预期的那样，相对少量的氮引入到Ga（PAs）中导致在导带下方形成中间带，这与广泛用于描述稀氮化物的电子能带结构的带反交叉模型一致。然而，在这项研究中，计算是在整个布里渊区进行，并揭示了正确描述的能带结构的布里渊区的边缘附近的意义，特别是间接带隙富P的主机合金，这可能不会被正确地捕获与简单的模型。理论结果与实验研究进行了比较，证实其可靠性。从Ga（PAsN）在中带太阳能电池和发光体等光电子器件中的应用出发，讨论了氮对能带结构的影响。结果表明，低N、低As浓度的Ga（PAsN）具有适合于集成在Si叠层太阳电池中的能带结构，因为在这种情况下，Si和Ga（PAsN）之间的晶格失配很小。此外，得出的结论是，富P的Ga（PAsN）合金与低浓度的N具有一个有前途的能带结构的双色发射器。此外，研究和讨论了氮掺入对载流子局域化的影响。
2019-03-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.comp-ph
