Identification of nickel-vacancy defect in the photocurrent spectrum of diamond by means of \emph{ab initio} calculations
有一个连续的搜索固态自旋量子比特在室温下工作，激发在红外通信带宽。最近我们引入了磁共振光电探测（PDMR）技术来读取金刚石中氮空位（NV）中心的电子自旋态，这是一种在量子信息技术中有应用前景的技术。通过测量金刚石晶体的光电离谱，发现了两个未见报道的电离阈值。在相同的样品上，我们还观察到吸收和光致发光特征，其在文献中被识别为Ni相关缺陷。我们进行了\emph{ab initio}计算的光电离截面的镍分裂空位复合物（NiV）和N-相关的缺陷在其相关的电荷状态，并拟合这些缺陷的浓度测量的光电流光谱，这导致了一个令人惊讶的实验和计算的光谱之间的匹配。这项研究能够确定两个未知的电离阈值与NiV的两个受体水平。由于NiV的激发是在红外线中，从顺磁性NiV色心检测到的光电流是设计新型电读出量子比特的一种有前途的方法。
2018-04-20 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio electron-defect interactions using Wannier functions
由于计算成本的原因，从第一原理计算电子-缺陷（e-d）相互作用仍然是不切实际的。在这里，我们开发了一个插值方案的基础上最大本地化的Wannier函数（WFs），有效地计算e-d相互作用矩阵元素。插值后的矩阵元可以准确地再现直接计算的结果，而无需插值，该方法可以显著加快e-d弛豫时间和缺陷限制电荷输运的计算速度。我们展示了硅和铜中空位缺陷的计算实例，为此我们计算了精细均匀和随机布里渊区网格上的e-d弛豫时间（对于铜，直接在费米表面上）以及低温下的缺陷限制电阻率。我们的插值方法打开了大门，原子计算的载流子动力学缺陷的存在。
2019-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio Wannier-function-based correlated calculations of Born effective charges of crystalline Li$_{2}$O and LiCl
在本文中，我们使用我们最近开发的从头算Wannier函数为基础的方法进行广泛的Hartree-Fock和相关计算的Li $_{2}$ O和LiCl计算其玻恩有效电荷。由此得到的结果与实验非常一致。特别地，对于Li $_{2}$ O的情况，我们解决了源于Osaka和Shindo {[}Solid State Commun的实验的争议。51（1984）421]，他预测Li离子的有效电荷在0.58- 0.61的范围内，该值比其单位的标称值小得多，从而表明材料中的键合可以是部分共价的。我们证明了Osaka和Shindo计算的有效电荷是Szigeti电荷，一旦计算了Born电荷，它与我们的计算值非常吻合。Li $_{2}$ O的Mulliken布居分析也证实了物质中键合的离子性质。
2008-01-22 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio calculation of the anomalous Hall conductivity by Wannier interpolation
铁磁体中固有的反常霍尔效应依赖于电子结构中的细微自旋轨道诱导效应，最近的从头算研究发现，有必要在数百万个k点处对布里渊区进行采样以使计算收敛。我们提出了一个有效的第一性原理方法计算的异常霍尔电导率。我们开始进行一个传统的电子结构计算，包括自旋轨道耦合的均匀和相对粗糙的k点网格。从由此产生的布洛赫状态，最大本地化的Wannier函数构造再现从头算状态的费米能级。然后，在Wannier轨道之间建立了表示能带和Berry曲率所需的Hamilton矩阵元和位置算符矩阵元。这就完成了计算的第一阶段，从而将低能从头算问题转化为有效的紧束缚形式。第二阶段只涉及在第一阶段中建立的小矩阵的傅立叶变换和酉变换。通过这些廉价的操作，感兴趣的量被内插到密集的k点网格上，并用于评估作为布里渊区积分的异常霍尔电导率。本计划，这也避免了繁琐的总和在所有未占用的状态在久保公式，适用于体心立方铁，给出了良好的协议与传统的，效率较低的第一性原理计算。值得注意的是，我们发现，超过99%的效果可以恢复保持一组条款只依赖于哈密顿矩阵元素，而不是位置算子的矩阵元素。
2006-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Calculation of Gilbert damping and magnetic moment of inertia using torque-torque correlation model within ab initio Wannier framework
本文在从头算Wannier框架内，利用扭矩-扭矩关联模型计算了Fe、Co、Ni的Gilbert阻尼和磁惯性矩，并提出了计算扭矩矩阵元的新方法，与实验和先前研究对比验证了其有效性。
2024-01-01 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Automated construction of symmetrized Wannier-like tight-binding models from ab initio calculations
Wannier紧束缚模型是利用第一性原理计算构造的有效模型。因此，它们弥补了第一性原理计算的准确性和有效模型的计算简单性之间的差距。在这项工作中，我们通过引入对称化后处理步骤，扩展了现有的从第一性原理计算创建Wannier紧束缚模型的方法，这使得能够生产尊重所考虑的晶体的对称性的Wannier样模型。此外，我们还实现了自动化工作流程，可以为大量化学和结构相似的化合物或受外部影响（如应变）的材料生成大量紧密结合的模型。作为特定说明，这些工作流程应用于应变III-V族半导体材料。这些结果可用于进一步研究III-V族量子阱中的拓扑相变。
2018-10-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
$\textit{Ab initio}$ four-band Wannier tight-binding model for generic twisted graphene systems
新出现的扭曲石墨烯体系如扭曲双层石墨烯（TBG）、扭曲双层石墨烯（TDBG）和扭曲三层石墨烯（TTG）引起了广泛的理论关注。因此，建立一个简单、准确的系统模型对于进一步的研究具有重要意义。在这里，我们构造了一般小扭曲角扭曲石墨烯系统的自适应局域Wannier函数和相应的$\textit{ab initio}$最小两谷四带有效紧束缚模型.这种双谷模型避免了单谷模型中脆弱拓扑所造成的Wannier障碍。引入实空间谷算子来明确描述谷$U_{v}\left(1\right)$对称性。每个Wannier轨道都呈现出一种特殊的三峰形式，其最大值位于AA点，中心位于AB或BA点。给出了一个扩展的哈伯德模型，并给出了有关参数的显式表达式。我们提供了一种方法来系统地建立通用扭曲石墨烯系统的Wannier紧束缚模型。我们的模型为进一步研究这些系统中的多体效应提供了坚实的基础。
2020-12-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Efficient technique for ab-initio calculation of magnetocrystalline anisotropy energy
磁晶各向异性能（MCAE）的从头计算通常需要严格的收敛标准和密集的k点网格来采样布里渊区，这使得其收敛问题和耗时。MCAE的力定理指出，MCAE可以通过在固定电势下两个磁化方向之间的能带能量差来计算。利用最大定域Wannier函数可以构造一个紧凑的低电子态的Hilbert空间，并对高旋进的带本征值进行插值。我们结合力定理和Wannier插值的特征值在一起，以提高效率的MCAE计算的准确性没有损失。我们使用的Fe链，Fe单层和FeNi合金为例，并证明了Wannier插值方法MCAE是能够显着降低计算成本，同时保持准确的，相比，一个非常密集的k点网格上的直接从头计算。这种有效的Wannier插值方法使得大规模和高通量的MCAE计算成为可能，这将有利于自旋电子学器件的设计。
2018-11-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Wannier Functions of Silicon and Gallium Arsenide
本文用密度泛函理论对Si和GaAs的Wannier函数进行了自洽的实空间计算。我们最小化的总能量功能相对于轨道表现为Wannier功能下晶体平移，并在最低限度，是正交的。Wannier函数用于计算总能量，晶格常数，体积模量，和两个半导体的带中心TO声子的频率与现在从头计算所需的精度。利用Wannier函数的中心计算了Si和GaAs在零电场下的宏观极化。对极化曲线进行有限微分得到的有效电荷与线性响应理论的结果一致。
1996-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Calculation of intrinsic spin Hall conductivity by Wannier interpolation
本征自旋霍尔电导率（SHC）的\textit{Ab-initio}计算通常需要严格的收敛准则和密集的k点网格来对布里渊区进行采样，使得其收敛具有挑战性且耗时。在这里，我们提出了一个计划，有效地和准确地计算SHC的基础上最大局部化Wannier函数（MLWF）。在MLWF空间中导出了SHC的Kubo公式所需的量，并表明在初始的\textit{ab-initio}计算中只需要哈密顿量、重叠量和自旋算符矩阵.这些矩阵的计算和Kubo公式在稠密k点网格上的插值可以很容易地实现。通过对面心立方Pt和GaAs的原型计算验证了Wannier插值方法的有效性。对$α$ -Ta和$β$ -Ta的计算表明，$β$ -Ta的SHC是$α$ -Ta的2.7倍，而两者相对于fcc Pt具有相反的符号，并且比Pt小一个数量级.计算得到的$-0.156$的自旋霍尔角与以前对$β$ -Ta的实验结果非常一致，进一步表明本征贡献可能在$β$ -Ta中占主导地位。我们的方法可以促进大规模的SHC计算，并可能有利于发现具有高本征SHC的材料。
2018-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Optical spatial dispersion via Wannier interpolation
该研究提出基于万尼尔插值的久保-格林伍德形式数值实现，用于计算晶体一阶光矢空间色散光学电导率，比直接从头算高效且避免导带求和截断误差，通过计算极性和手性晶体旋光光谱验证了方法有效性。
2025-04-17 cond-mat.mtrl-sci
First-principles calculation of optical responses based on nonorthogonal localized orbitals
基于非正交定域轨道的从头算软件包，我们发展了一个计算响应函数的通用方案。我们通过计算材料的非线性光学响应来测试这种方法的性能，如单层WS2的漂移电流电导率，并与以前的计算结果取得了很好的一致性。这种方法与Wannier插值有许多相似之处，由于正交性和局部化的要求相冲突，Wannier插值需要对Wannier函数进行具有挑战性的优化。虽然与Wannier插值相比计算量更大，但我们的方法避免了Wannier函数的构建，从而能够自动高通量计算与电，磁和光学材料特性相关的线性和非线性响应。
2019-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Spectral and Fermi surface properties from Wannier interpolation
我们提出了一个有效的第一性原理方法计算费米表面平均和光谱性质的固体，并用它来计算低场霍尔系数的几种立方金属和铁的磁性圆二色性。第一步是执行常规的第一性原理计算，并存储在布里渊区中的k点的均匀网格上评估的低位布洛赫函数。然后，我们将这些状态映射到一组最大局域化的Wannier函数上，并计算Wannier轨道之间的Hamilton矩阵元素和其他所需的算子，从而建立一个"精确紧束缚模型“。在这种紧凑的表示中，k空间量使用广义Slater-Koster插值来廉价地评估。由于Wannier轨道在实空间中的强局部化，k空间插值的光滑性和精度随着最初用于构造Wannier函数的网格点的数量而迅速增加。这使得k-空间积分以低成本进行从头算精度。在Wannier表示中，能带梯度、有效质量和其他输运系数和光学系数所需的k导数可以通过解析来计算，即使在能带交叉和弱避免交叉附近也可以产生数值稳定的结果。
2007-02-23 cond-mat.mtrl-sci
Computation of intrinsic spin Hall conductivities from first principles using maximally-localized Wannier functions
我们提出了一种方法来计算的内在自旋霍尔电导率的第一性原理使用的插值方案的基础上最大本地化的Wannier函数。在粗k点网格上计算得到从头算Bloch态之间的相关矩阵元后，通过傅里叶变换得到Wannier态之间的对应矩阵元。然后，我们进行逆傅立叶变换，将速度和自旋电流矩阵元素插值到密集的k点网格上，并使用它们来评估作为布里渊区积分的自旋霍尔电导率。这种策略具有比直接从头计算低得多的计算成本，而不牺牲精度。我们表明，铂和掺杂砷化镓的自旋霍尔电导率，计算与我们的插值方案作为费米能量的函数，是在良好的协议与以前的第一性原理研究中得到的。我们还讨论了某些近似，可以在紧束缚方法的精神，以简化计算的速度和自旋电流矩阵元素的Wannier表示。
2019-06-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Wannier-based calculation of the orbital magnetization in crystals
我们提出了一个第一性原理的计划，允许的磁性晶体的轨道磁化进行准确和有效地评估，即使在复杂的费米面的存在下。从一个初始的电子结构计算与粗糙的从头算k点网格，最大局域Wannier函数的构造和用于插值的必要的k-空间的量在一个细网格上，在平行于一个先前开发的形式主义的反常霍尔电导率[X.王，J.耶茨，I. Souza和D. Vanderbilt，Phys.Rev.B74，195118（2006）]。我们制定了我们的新方法在一个明显的规范不变的方式，表示轨道磁化在Wannier空间中的矩阵的痕迹。因为只有少数（例如，通常需要20）阶的Wannier函数来描述被占用和部分被占用的频带，这些Wannier矩阵很小，这使得插值本身非常有效。该方法已被用来计算bcc Fe，hcp Co，和fcc Ni的轨道磁化。与基于原子球内轨道电流积分的近似计算不同，我们的结果很好地再现了这三种材料中轨道磁化的实验测量顺序。
2011-12-08 cond-mat.mtrl-sci
Meta-optimization of maximally-localized Wannier functions
Oden Institute for Computational Engineering and Sciences, The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校奥登计算工程与科学研究所）；Department of Physics, The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校物理系）
本文提出一种元优化方法，利用工作流抽象和机器学习技术，实现无需人工干预的全局优化沃因纳函数，应用于纠缠能带结构插值、加速玻尔兹曼输运计算和高精度沃因纳函数计算。
2026-04-08 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-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
Electronic redistribution around oxygen atoms in silicate melts by ab initio molecular dynamics simulation
用从头算分子动力学模拟计算了四种硅酸盐液体（硅石、流纹岩、模型玄武岩和顽火辉石）的氧原子周围结构。由于使用最大局域化的Wannier轨道来表示模拟系统的电子基态，人们能够量化氧原子周围的电子密度的重新分布作为阳离子环境和熔体组合物的函数。结果表明，在紧邻的氧原子的熔体的结构调制与氧原子的Wannier轨道的分布。特别是氧核和轨道Wannier中心之间的距离及其随阳离子性质的演变的评价表明，硅酸盐熔体中的Al-O键肯定比Si-O键的共价性小，而对于Mg-O、Ca-O、Na-O和K-O系列，M-O键的共价性迅速减弱，有利于离子性。此外，它被发现，来自电子极化的氧偶极矩的分布是只有弱依赖于熔体组成，这一发现可以解释为什么一些经验力场可以表现出高度的可转移性与熔体组成。
2011-01-24 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Boosting the efficiency of ab initio electron-phonon coupling calculations through dual interpolation
固体中电子和声子之间的耦合在描述许多现象中起着核心作用，包括超导性和热电输运。这种耦合的计算是非常苛刻的，因为它们需要对电子和声子动量进行积分，这两者都独立地跨越晶体的布里渊区。在这里，我们提出了一个从头算方法，有效地计算电子-声子介导的输运性质显着加快计算的双重积分与对偶插值技术，结合最大本地化的Wannier函数与Alfrey适应的平面波。相对于当前技术水平的Wannier-Fourier插值的性能增益约为2n_s \times M，其中n_s是晶体对称操作的数目，并且M（在5 - 60范围内的数）控制星函数的展开。我们演示了几个例子，我们的方法如何进行一些从头计算涉及电子-声子相互作用。
2020-07-10 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Spin-Phonon coupling parameters from maximally localized Wannier functions and first principles electronic structure: the case of durene single crystal
自旋轨道相互作用是自旋弛豫的重要载体。在有限的温度下，晶格振动调制自旋-轨道相互作用，从而产生自旋-声子耦合的机制，这需要纳入任何定量分析的自旋输运。从密度泛函理论\textit{ab initio}的电子结构出发，在最大定域Wannier函数的基础上计算了自旋-声子矩阵元。这样的耦合项形成一个有效的哈密顿量，用于提取热力学量，在多尺度的方法，特别适合于有机晶体。利用一维Pb原子链的$Γ$点声子模分析了各种矩阵元的对称性。然后用该方法提取了高迁移率晶体有机半导体固体杜烯的自旋-声子耦合。由于碳和氢的质量小，杜烯的自旋轨道很弱，自旋-声子耦合也很弱。最重要的是，我们证明了最大的贡献，自旋-声子相互作用源自Holstein类声子，即从内部分子振动。
2018-07-12 cond-mat.mtrl-sci
A Local Representation of the Electronic Dielectric Response Function
我们提出了一个本地表示的电子介电响应函数的基础上，从每个Wannier函数使用广义密度泛函微扰理论的贡献的介电响应的空间分区。这个过程是完全从头算，因此，使我们能够严格定义本地度量，如“键极化率”，对Wannier中心。我们表明，响应函数的局部性是由三个量的局部性决定的：Wannier函数的占据流形，密度矩阵，和哈密顿矩阵。在有间隙的系统中，裸露的介电响应是指数局部化的，这支持了介电响应函数的物理图像，作为可以由紧束缚模型捕获的相互作用的局部响应的集合。
2015-08-14 cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio analysis of plasmon dispersion in sodium under pressure
本文用从头算方法研究了室温下钠在0 ~ 180 GPa压力范围内的5种已知金属相的电子响应函数。所考虑的形式主义是基于时间相关的密度泛函理论，使用最大本地化的Wannier函数内的插值方案，提供了一个准确的采样的倒易空间。除了与非弹性X射线散射实验表现出良好的一致性，我们的计算表明，最近在高压阶段oP 8和tI 19测量的光学反射率的急剧下降与集体带间激发产生的新的低能等离子体激元。此外，我们的计算预测存在的各向异性带间等离子体在稳定压力范围内的面心立方钠（65至105 GPa）。
2013-11-07 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio statistical mechanics of the ferroelectric phase transition in PbTiO3
通过使用局域化的、对称化的“晶格Wannier函数”基组，从第一性原理密度泛函理论总能量和线性响应计算中构造了PbTiO 3铁电相变的有效哈密顿量。极格Wannier函数的显式参数化用于子空间投影，解决LO-TO分裂和耦合到互补子空间的问题。与铁电BaTiO 3和KNbO 3相比，我们发现Pb原子在晶格不稳定性中的显著参与。对该哈密顿量的蒙特卡罗模拟表明，在660 K时存在一级π-四π跃迁。由此得到的自发极化、c/a比和相变附近的晶胞体积随温度的变化关系与实验结果符合得很好。蒙特卡罗结果与平均场论分析的比较表明，应变和涨落都是产生这种转变的一阶特征所必需的。
1996-08-01 cond-mat.mtrl-sci mtrl-th
Photocurrents of charge and spin in single-layer Fe$_3$GeTe$_2$
在二维材料领域中，具有独特代表性的$-$ Fe $_3$ GeTe $_2$ $-$的磁性和输运性质越来越受到人们的关注。在这里，我们使用一个发展的第一性原理方法计算激光诱导响应研究的电荷和自旋的光感应电流的出现在单层的Fe $_3$ GeTe $_2$，这是在电场的第二顺序。我们提供了一个对称性分析的系统中的紧急光电流发现它是在良好的协议与从头计算。我们分析了电荷光电流的大小和行为与无序强度，频率和带填充。值得注意的是，我们不仅发现了一个大的电荷电流响应，而且还预测，Fe $_3$ GeTe $_2$可以作为一个显着的激光诱导自旋电流的来源，这使得这种材料作为一个有前途的平台，在光自旋电子学的各种应用。
2021-09-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab initio study of electron-phonon interaction in phosphorene
单层的黑磷，或磷烯，最近出现作为一种新的二维半导体与有趣的高度各向异性的传输特性。到目前为止，其固有声子限制的电子输运性质的现有计算依赖于变形势近似，这通常不直接适用于各向异性材料，因为沿着一个特定方向的变形可以散射在所有方向上行进的电子。基于密度泛函微扰理论和Wannier插值方法，对磷烯中的电子-声子相互作用进行了第一性原理计算。计算结果表明：1）高的各向异性为电子-声子散射提供了额外的相空间; 2）光学声子对散射有明显的贡献。这两种效应都不能通过变形势计算来捕获。
2015-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Gap opening and large spin-orbit splitting in MX2 (M=Mo,W X=S,Se,Te) from the interplay between crystal field and hybridizations: insights from ab-initio theory
Uppsala University（乌普萨拉大学）
通过从头计算理论研究MX2材料中能隙形成与自旋轨道分裂的机制，揭示晶场与杂化作用的相互作用对能隙和自旋轨道分裂的影响。
2016-02-08 cond-mat.mtrl-sci
Self-consistent evaluation of the Berry connection for Wannier functions
Friedrich Schiller University Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学）；Institute of Physical Chemistry, Friedrich Schiller University Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学物理化学研究所）；Institute of Condensed Matter Theory and Optics, Friedrich Schiller University Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学凝聚态理论与光学研究所）；Abbe School of Photonics, Friedrich Schiller University Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学阿贝光子学学院）；Fraunhofer Institute for Applied Optics and Precision Engineering, Jena（耶拿弗劳恩霍夫应用光学与精密工程研究所）
研究用于Wannier函数的Berry联络评估，提出基于矩阵对数的自洽插值方案，提高精度，讨论基组不完备影响，通过数值计算表明该方案对Wannier化细节不敏感，提升了速度矩阵和光导率质量。
2026-07-20 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio quantum approach to electron-hole exchange for semiconductors hosting Wannier excitons
本文用二次量子化和 Bloch 态电子算符提出电子-空穴对交换的从头算量子理论，揭示其源于带间 Coulomb 过程、仅作用于自旋单态，并指出奇异性来自倒格矢零项，同时反驳既有激子与极化激元推论。
2023-08-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Ab initio quantum transport in AB-stacked bilayer penta-silicene using atomic orbitals
受电场作用的材料所携带的电流在微观上是不均匀的，可以用散射理论来模拟，在散射理论中，电子与它们遇到的微观物体发生碰撞。本文提出了一种基于密度泛函理论、Wannier函数和散射矩阵的第一性原理无参数计算电流密度的方法。该方法用于独立的AB-堆叠的双层penta-silicene。这种新的Si同素异形体已被提出具有比任何其六方双层对应物更高的稳定性。此外，其半导体特性使其成为电子元件的理想选择。我们揭示了pz轨道在三维量子线传输中的作用，并给出了电流密度流线，揭示了最高电荷流的位置。本方法可以扩展以适应许多电子自由度、电磁场的应用以及器件操作中涉及的许多其他物理现象。
2018-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Ab Initio Electron-Phonon Interactions Using Atomic Orbital Wavefunctions
电子和晶格振动之间的相互作用决定了材料的关键物理性质，包括它们的电和热传输、激发电子动力学、相变和超导性。提出了一种新的从头算方法，该方法利用原子轨道波函数计算材料中的电子-声子相互作用，并将电子-声子耦合矩阵元插值到精细布里渊区网格中.我们详细介绍了这种AO为基础的e-ph计算的数值实现，并对直接密度泛函理论计算和Wannier函数（WF）插值基准。概述了AO在e-ph计算中相对于WF的主要优势。由于AO是与原子相关联的固定基函数，因此它们避免了使用试错法生成材料特定的局部基集的需要，而这在WF中是需要的。因此，AO是理想的计算化学和结构复杂的材料，其中WF是具有挑战性的生成的e-ph相互作用，并且也有希望用于高通量材料发现。虽然我们的研究结果集中在AO，我们提出的形式主义推广到任意本地化的基组的e-ph计算，与WF恢复作为一种特殊情况。
2018-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Bulk photogalvanic current control and gap spectroscopy in 2D hexagonal materials
本文研究二维六方材料在强场下的体光伏效应，发现单色椭圆脉冲可产生可调控光电流，其振幅对椭圆率的依赖可反映能隙大小，为新型光谱学提供途径。
2025-04-19 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Low field electron mobility in $α-Ga_{2}O_{3}$: An ab-initio approach
$Ga_{2}O_{3}$的$α$相是具有潜在电力电子应用的超宽带半导体。本文从第一性原理出发，计算了$α-Ga_{2}O_{3}$低场电子迁移率。10个原子的单胞贡献了30个声子模式，并且在输运计算中考虑了每个模式的影响。用密度泛函微扰理论计算了声子色散和拉曼光谱，并与实验结果进行了比较。IR强度由布里渊区的$Γ$点处的偶极矩计算。利用Wannier插值技术，得到了稠密倒易空间网格上的电子-声子相互作用元。由于Wannier函数的局部性质不适合于内插长程极性相互作用元素，因此通过独立地内插非极性和极性EPI元素来解释材料的极性性质。对于极性相互作用，考虑了全声子色散。然后计算电子迁移率，包括极性，非极性和电离杂质散射。
2020-03-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.app-ph
Interplay between breathing-mode distortions and magnetic order in rare-earth nickelates from $ab$ $initio$ magnetic models
我们使用密度泛函理论计算来探索钙钛矿稀土镍酸盐，$\mathcal{R}$ NiO $_3$的磁性，通过构建微观磁性模型，包含所有相关的交换相互作用，通过Wannierization和格林函数技术。这些模型阐明了反铁磁序形成的机制与实验观察到的传播矢量，并解释了为什么以前的DFT加哈伯德$U$计算有利于铁磁序。我们进行计算的磁矩和交换耦合参数的不同幅度的$R_1^+$呼吸模式失真，这导致在扩大和压缩NiO $_6$八面体。我们发现，磁矩消失的“短键”镍，即，压缩的八面体中的那些。自旋轨道耦合的引入表明磁各向异性很小，而短键镍原子的磁矩即使在非共线的情况下也趋于零。我们的研究结果提供了一个清晰的画面整个镍酸盐系列的磁序的趋势，并深入了解磁序和结构扭曲之间的耦合。
2021-03-15 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio tight-binding Models for Mono- and Bilayer Hexagonal Boron Nitride (h-BN)
本文基于极大局域万尼尔函数从头算推导出单层和双层h-BN的有效紧束缚模型，通过考虑四近邻跃迁、应变拟合参数化及双中心近似推广层间跃迁，实现了对K点和M点带边及扭转体系电子结构的精确描述。
2024-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Investigation of Magnetic Transport Properties by Wannier Interpolation
基于玻尔兹曼方程和Wannier插值方法，提出了一种有效的{ \it ab initio}方法来研究磁输运性质.在弛豫时间近似下，得到了有限磁场下的带分辨电导率，并确定了电子波包在倒易空间中的历史运动。作为该方法的一个典型应用，我们计算了有限磁场下MgB $_2$的电导率。揭示了各个带的多带特征，并系统地研究了电导率张量随场的变化，分别取平行于$c$轴和垂直于$c$轴的场.利用所得到的历史运动直接模拟了极值轨道上的回旋运动，并确定了相应的有效质量。此外，该方法还可进一步用于计算低场极限下的霍尔系数，而无需对能带的二阶${\mathbf k}$导数进行复杂的计算。
2010-07-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con physics.comp-ph
Ab initio real-space Hartree-Fock and correlated approach to optical dielectric constants of crystalline insulators
在本文中，我们提出了一种方法，旨在计算的光学介电常数的晶体绝缘体在Hartree-Fock，和相关的水平。我们的计划采用了真实空间的方法，采用Wannier函数作为基本的积木。该方案已被应用于计算的光学介电常数的LiF，LiCl，MgO，和Li 2 O。在所有的情况下，相关的计算结果，基于系统的多体修正超越Hartree-Fock，表现出良好的协议与实验。据我们所知，这里提出的计算是第一个散装固体。
2006-04-07 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Terahertz driven extremely nonlinear bulk photogalvanic currents in non-resonant conditions
我们报告的非共振双色场是圆偏振和共同旋转的材料驱动的体光电流的产生。非线性光电流具有完全可控的方向性和幅度，而不需要载波包络相位稳定或几个周期的脉冲，并且以远小于带隙的光子能量产生（减少光转换过程中的加热）。我们证明与从头计算的光电流产生机制是普遍的，并出现在缺口材料（硅，金刚石，氧化镁，hBN），在半金属（石墨烯），并在二维和三维系统。光电流依赖于子激光周期不对称的非线性响应，建立从周期到周期的导带填充相干。重要的是，光电流总是横向于共圆激光器的主轴，而不管材料的结构和方向（类似于霍尔电流），我们发现这源于驱动系统中的广义时间反演对称性。在高激光功率（~10^13 W/cm ^2）下，这种对称性可以被大量的电子激发自发地打破，这伴随着载波包络相位灵敏度和超快多体效应的出现。我们的研究结果是直接适用于有效的光驱动控制的电子，并提高子带隙体光伏效应。
2021-05-19 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Real-space obstruction control of the shift current in two-dimensional Quantum Spin Hall insulators
CNR-SPIN（意大利国家研究委员会自旋电子学研究所）；Universität Würzburg（维尔茨堡大学）
本研究通过紧束缚模型探究二维量子自旋霍尔绝缘体的位移电流，发现阻挫拓扑相的位移电流响应显著增强，确定其起源并指出indenene是实现可控体光伏效应的候选材料。
2026-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio calculation of the effective on-site Coulomb interaction parameters for half-metallic magnets
关联效应在半金属磁体的电子结构中起着重要的作用。特别是，它们在有限温度下产生高于（或低于）费米能的非准粒子态，这会降低自旋极化，从而降低自旋电子器件的效率。采用约束无规相位近似（cRPA）和最大定域Wannier函数的全势线性扩展平面波（FLAPW）方法，计算了有效在位库仑相互作用的强度（Hubbard $U$和Hund交换$J$），考虑到：（i）岩盐结构中的\emph{sp}电子铁磁体，（ii）ZnCl3 \emph{d}二元铁磁体，以及（iii）铁磁和亚铁磁半和全Heusler化合物。
2013-09-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Twistronic control of shift current in multilayer moiré system
University of L’Aquila（拉奎拉大学）；CNR-SPIN L’Aquila（CNR-SPIN 拉奎拉研究所）
本文通过Slater-Koster紧束缚模型研究单层、双层、三层H-MoS2及扭转莫尔双层/三层中的位移电流响应，发现扭转可激活新的面内光电流分量，并建立扭转角与非线性响应增强的直接联系。
2026-06-16 cond-mat.mtrl-sci
Perturbo: a software package for ab initio electron-phonon interactions, charge transport and ultrafast dynamics
Perturbo是用于材料中电荷输运和超快载流子动力学的第一性原理计算的软件包。目前的版本侧重于电子-声子相互作用，可以计算声子限制的输运性质，如电导率，载流子迁移率和塞贝克系数。它也可以模拟存在电子-声子散射的超快非平衡电子动力学。Perturbo使用来自密度泛函理论和密度泛函微扰理论计算的结果作为输入，并采用Wannier插值来降低计算成本。它支持范数守恒和超软赝势，自旋轨道耦合，以及体材料和2D材料的极性电子-声子校正。混合MPI加上OpenMP并行化的实施，使大型系统（高达至少50个原子）使用高性能计算的高效计算。总之，Perturbo提供了有效和广泛适用的从头算工具，以定量研究金属，半导体，绝缘体和2D材料中的电子-声子相互作用和载流子动力学。
2020-02-06 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Electron-phonon physics from first principles using the EPW code
EPW是一个开源软件，用于电子-声子相互作用和相关材料性质的$\textit{ab initio}$计算。该代码结合了密度泛函微扰理论和最大局域化的Wannier函数，有效地计算电子-声子耦合矩阵元的超细布里渊区网格。这些数据被用于预测计算的温度依赖性的属性和声子辅助的量子过程中散装固体和低维材料。在这里，我们报告了在2016-2022年期间发生的代码中的重大新发展，即：用于计算$\textit{ab initio}$ Boltzmann输运方程中电场和磁场下电荷载流子迁移率和电导率的输运模块;一个超导模块，用于计算$\textit{ab initio}$各向异性多相超导体中声子介导的超导体的临界温度和能隙结构。带Eliashberg理论;用于计算声子辅助间接跃迁的光学模块;用于使用$\textit{ab initio}$极化子方程计算没有超晶胞的小和大极化子的模块;以及用于使用特殊位移方法计算电子-声子耦合、能带结构重整化和温度相关光谱的模块。对于每种能力，我们概述了方法和实现，并提供了示例计算。我们描述了最近的代码重构，准备EPW的exascale架构，我们讨论了高效的并行化策略，并报告极端的并行扩展测试。
2023-02-16 cond-mat.mtrl-sci
\textit{Ab initio} studies of influence of periodic-direction electric fields on spin lifetime and spin diffusion length and the validation of an \textit{ab initio} matrix-drift-diffusion model
Hefei University of Technology（合肥工业大学）
本文提出了一种从头计算矩阵漂移扩散模型，用于研究电场对自旋寿命和扩散长度的影响，并验证了该模型在不同材料中的有效性。
2026-01-21 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
Effective model for electronic properties of the quasi one-dimensional purple bronze Li0.9Mo6O17 based on ab-initio calculations
本文研究了强各向异性、准低维紫青铜Li0.9Mo6O17的电子结构。基于全电子从头算能带结构计算，我们得到了一个有效的模型中的四个最大局域化的Wannier轨道，这原来是远离原子一样。我们发现两个半满轨道排列在链运行沿一个晶体学方向，和两个完整的轨道在垂直方向，分别。讨论了将该模型简化为两个轨道的可能性，即每个单胞中只有两条链，且链间存在耦合。这些模型的传输特性表现出高的各向异性，再现的直流电导率的实验确定的值的趋势。我们还考虑了电子-电子相互作用的基本影响，使用（扩展）变分簇方法和动态平均场论。我们发现与实验的光发射数据后，添加适度的现场相互作用的带宽的顺序从头计算得到的紧束缚哈密顿量的协议。所得到的模型提供了一个深刻的基础，为进一步调查低能量Luttinger液体的性质或研究电子关联计算多体理论。
2014-01-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
RESPACK: An ab initio tool for derivation of effective low-energy model of material
EQUIPACK是一个用于评估材料相互作用参数的第一性原理计算软件，能够计算最大局域化的Wannier函数，基于随机相位近似和相关光学性质的响应函数，以及与频率相关的电子相互作用参数。ESPACK从使用具有平面波基组的范数守恒赝势的频带计算代码接收其输入数据。为xTAPP和Quantum ESTERO准备了将能带结构结果转换为PACKACK输入的自动生成脚本。设计了一个输入文件，用于指定的PRACKACK计算条件追求简单，并给出了Fortran命名格式。PACKACK支持使用OpenMP和MPI的混合并行化，并且可以处理包括计算单元中的几百个原子的大型系统。
2020-01-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.comp-ph
Ab initio complex band structure of conjugated polymers: Effects of hydrid DFT and GW schemes
跨纳米结的电荷转移的非共振隧穿机制关键地取决于所谓的β参数，其控制电流随着结的长度增加而指数衰减。对于周期性材料，该参数可以通过计算形成隧道结的材料的复杂能带结构（CBS）-或倏逝态-来理论上评估。在这项工作中，我们提出了计算的CBS有机聚合物使用各种计算方案，包括标准的本地，半本地，和混合交换密度泛函，和多体微扰理论内的GW近似。我们比较了所采用的方法和实验数据的本地化和β参数的描述。我们发现，局域和半局域密度泛函系统地低估了β参数，而混合交换方案部分纠正了这种差异，从而与GW计算和实验更好地吻合。自洽效应和自能表示问题的GW修正一起讨论使用Wannier函数插值的电子能带结构。
2012-05-31 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
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
First principles calculations of electric-field-driven topological phase transitions in silicene, germanene and stanene
Instituto Balseiro, Universidad Nacional de Cuyo（巴尔塞罗研究所，门多萨国立大学）
本文通过第一性原理计算，结合DFT和万尼尔函数，精确预测硅烯和锗烯的临界电场，显著改进拓扑相变边界的定量预测。
2026-09-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theory of excitonic polarons: From models to first-principles calculations
本文提出一种无需超胞、可用于第一性原理计算的激子极化子理论，先通过模型哈密顿量揭示 Fröhlich 耦合下激子极化子的形成条件，再成功应用于氟化锂的从头计算。
2024-01-17 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
