Self-consistent Hubbard parameters from density-functional perturbation theory in the ultrasoft and projector-augmented wave formulations
使用线性响应理论的Hubbard参数的自洽评估对于基于Hubbard校正的密度泛函理论的定量预测计算是至关重要的。在这里，我们扩展了最近推出的基于密度泛函微扰理论（DFPT）的现场哈伯德$U$的计算方法，也计算站点间哈伯德$V$。DFPT允许显着降低计算成本，提高数值精度，并完全自动化的哈伯德参数的计算，通过重铸的线性响应的本地化扰动到一个阵列的单色扰动，可以计算在原始细胞。此外，在这里，我们概括了整个形式主义从范数守恒超软和投影增强波的配方，并金属基态。基准DFPT对传统的实空间哈伯德线性响应的超级电池后，我们证明了本扩展哈伯德制定的有效性，在确定平衡晶体结构的Li $_x$ MnPO $_4$（x= 0，1）和微妙的能量锂嵌入。
2021-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Self-consistent on-site and inter-site Hubbard parameters within DFT+U+V for UO$_2$ using density-functional perturbation theory
针对新材料设计中无实验数据拟合Hubbard参数的问题，采用基于密度泛函微扰理论的方法自洽计算UO₂的DFT+U+V框架下的Hubbard参数，发现PBE-sol近似的结果与实验吻合最好。
2023-06-09 cond-mat.mtrl-sci
Magnons from time-dependent density-functional perturbation theory and nonempirical Hubbard functionals
本文提出一种基于含时密度泛函微扰理论和非经验Hubbard泛函的第一性原理方法，用于计算共线及非共线磁系统的自旋波谱，无需经验参数即可满足Goldstone条件，并在NiO和MnO上验证了其与实验的高度一致性。
2025-05-06 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of Magnetic State of UO2 within Hubbard-corrected Density-Functional Theory: A self-consistent approach
本研究基于密度泛函微扰理论，自洽计算了UO2在铁磁与反铁磁构型下的Hubbard参数和基态能量，从理论上证实其基态为反铁磁，填补了该系统能量稳定磁态理论研究的空白。
2023-12-29 cond-mat.mtrl-sci
HP -- A code for the calculation of Hubbard parameters using density-functional perturbation theory
我们介绍HP，密度泛函微扰理论的实现，旨在计算Hubbard参数（现场$U$和站点间$V$）的DFT+ $U$和DFT+ $U$ + $V$的框架。该代码不需要使用传统的线性响应方法的计算昂贵的超级细胞，相反，单位细胞使用单色扰动，显着降低了确定哈伯德参数的计算成本。HP是一个开源软件，根据GPL条款分发，作为Quantum ESSERO的一个组件。与其他组件一样，HP经过优化，可以在各种不同的平台上运行，从笔记本电脑到大规模并行架构，使用本地数学库（LAPACK和FFTW）和构建在MPI之上的自定义并行化层层次结构。该代码的有效性是通过计算Hubbard参数自洽的磷橄榄石锂$_x$锰$_{1/2}$铁$_{1/2}$ PO $_4$（$x=0, 1/2, 1$）和突出的几何形状和锂嵌入电压的预测的准确性。
2022-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Energetics and cathode voltages of LiMPO$_4$ olivines (M = Fe, Mn) from extended Hubbard functionals
过渡金属化合物对基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算提出了严峻的挑战，这是由于大多数近似的交换相关泛函无法捕获价电子在其$d$态上的局域化，这对于预测其性质的建模至关重要。在这项工作中，我们专注于一个众所周知的家庭的锂离子电池正极材料的两个代表，即正交LiMPO $_4$橄榄石（M = Fe，Mn）。我们发现，扩展的Hubbard泛函与现场（$U$）和网站间（$V$）相互作用（所谓的DFT+U+V）可以预测的混合价相的电子结构，形成能量的材料与中间锂含量，和整体平均电压的电池具有显着的准确性。我们发现，特别是，在校正哈密顿量中包含的位间相互作用大大改善了热力学量的预测时，电子局域化发生在存在显着的原子间杂化（如Mn化合物的情况），和有效的相互作用参数的自洽评估材料和基态-相关量允许预测不同相和浓度之间的能量差。
2019-02-26 cond-mat.mtrl-sci
Accurate electronic properties and intercalation voltages of olivine-type Li-ion cathode materials from extended Hubbard functionals
锂离子电池新型阴极材料的设计将极大地受益于对含有过渡金属元素的化合物的结构、电子和磁性以及嵌入电压的准确的第一性原理预测。对于这样的系统，密度泛函理论（DFT）与标准的（半）本地交换相关泛函是有限的使用，因为它经常失败，由于强自相互作用的错误，特别是在部分填充的$d$壳。在这里，我们使用四种电子结构方法：DFT、DFT+ $U$、DFT+ $U$ + $V$和HSE 06，对磷橄榄石阴极材料Li $_x$ MnPO $_4$、Li $_x$ FePO $_4$和混合过渡金属Li $_x$ Mn $_{1/2}$ Fe $_{1/2}$ PO $_4$（$x=0, 1/4, 1/2, 3/4, 1$）进行详细的比较研究。我们发现，DFT+ $U$ + $V$，现场$U$和intersite $V$哈伯德参数确定从第一原理和自洽的结构参数，通过密度泛函微扰理论（线性响应），提供了最准确的描述这些具有挑战性的化合物的电子结构。特别是，我们表明，DFT+ $U$ + $V$显示非常清楚的“数字”的过渡金属离子在所有化合物中的氧化态的变化，包括在中间锂浓度发生的混合价相，导致电压与实验显着一致。我们发现，列入站点间哈伯德相互作用是必不可少的热力学量的准确预测，平衡驱动器的本地化诱导的现场$U$与站点间$V$轨道杂交。
2022-11-02 cond-mat.mtrl-sci
Energies and spectra of solids from the algorithmic inversion of dynamical Hubbard functionals
本文通过将Dyson方程映射为非线性特征值问题并引入局域GW近似的动力学Hubbard泛函，实现了固体能量与谱的高效精确计算，在SrVO3上验证了其准确性与低成本优势。
2024-05-26 cond-mat.mtrl-sci
Unraveling the effects of inter-site Hubbard interactions in spinel Li-ion cathode materials
对阴极材料的结构、电子、磁性和电化学性质的准确的第一性原理预测可以是设计新型高效锂离子电池的关键。尖晶石型正极材料Li $_x$ Mn $_2$ O $_4$和Li $_x$ Mn $_{1.5}$ Ni $_{0.5}$ O $_4$是锂离子电池技术的有前途的候选材料，但在第一性原理建模方面存在严峻的挑战。在这里，我们使用密度泛函理论与扩展的Hubbard泛函- DFT+ $U$ + $V$与现场$U$和现场间$V$ Hubbard相互作用-来研究这些过渡金属氧化物的性质。Hubbard参数的计算从第一原理使用密度泛函微扰理论。我们表明，虽然$U$是至关重要的，以获得正确的趋势，这些材料的性能，$V$是必不可少的定量描述的结构和电子性能，以及锂嵌入电压。这项工作为其他阴极材料家族的可靠第一原理研究铺平了道路，而不依赖于经验拟合或校准程序。
2023-03-29 cond-mat.mtrl-sci
The impact of Hubbard- and van der Waals-corrections on the DFT calculation of epsilon-zeta transition pressure in solid oxygen
本研究的目的是澄清的物理支配的固体氧从α相到zeta相的转变实验观察到在96 GPa使用密度泛函理论（DFT）。用PBE函数预测了在40 GPa下的转变。然后加入Hubbard修正以增强氧的p轨道局域化。ε-ζ转变压力显著提高到70 GPa。最后，我们加入了非局部范德瓦尔斯修正。转变压力略微增加到80 GPa。结果表明，Hubbard项的贡献优于van der Waals项.
2018-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Successes and failures of Hubbard-corrected density functional theory: The case of Mg doped LiCoO$_2$
我们已经评估了成功和失败的Hubbard校正的密度泛函理论（DFT + U）的方法来研究Mg掺杂的LiCoO $_2$。我们计算了两种可能的掺杂机制的能量，几何和电子性质的U参数的效果：（1）取代Mg到Co（或Li）网站与相关的杂质状态，（2）形成的杂质状态的替代Mg和点缺陷的复合物在LiCoO $_2$。我们发现杂质态的形成导致了LiCoO $_2$中Co价态的变化。Co U的变化使杂质态的能量发生移动，导致能量、几何和电子性质显著依赖于U的特定值。相反，无杂质态的配合物的性质对铀不敏感。这些结果确定了强烈依赖于所选U值的掺杂性质的原因，以及与掺杂的过渡金属氧化物如LiCoO $_2$的实验已知的能量和电子性质达成一致的总体困难的原因。
2014-11-06 cond-mat.mtrl-sci
"Adiabatic" Elastic Constants in Hubbard-Corrected Density-Functional Theory DFT+U: case UO$_2$
本文针对 DFT+U 中因亚稳态导致应力-应变计算弹性常数出错的问题，提出保持相同电子 Hubbard 占据分支的“绝热”计算方法，并在 UO$_2$ 晶体中验证了其高精度及与实验的高度一致性。
2025-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Onsite and intersite electronic correlations in the Hubbard model for halide perovskites
卤化物钙钛矿（HPs）由于其在可见光范围内具有良好的禁带宽度而被广泛认为是一种很有前途的光伏和发光材料。采用（半）局部交换相关泛函的密度泛函理论（DFT）计算通常低估了这些系统的带隙。要准确描述HP的电子结构，通常需要更高阶的理论，例如Heyd-Scuseria-Ernzerhof（HSE）混合密度泛函和GW近似，这些近似比标准DFT计算昂贵得多。在这里，我们研究了三种代表性类型的HP，ABX 3卤化物钙钛矿，空位有序双钙钛矿（VODP），和键合的卤化物钙钛矿（BDHPs），使用DFT+U+V与现场U和intersite V Hubbard参数计算自洽没有先验假设。包括哈伯德校正提高了所有三种类型的HP的带隙预测精度的先进方法的类似水平。此外，自洽的Hubbard U是一个有意义的指标，在HP中的多价金属原子的真实局部电荷状态。包含的intersite Hubbard V是至关重要的，以适当地捕获在BDHPs，具有卤素八面体的呼吸模式失真的相邻原子上的价电子之间的杂化。特别是，哈伯德参数和晶体几何形状的同时收敛使得BDHPs的带隙预测精度优于HSE，但成本仅为一小部分。我们的工作突出了使用自洽的Huabbard参数时，往往具有复杂的竞争现场本地化和站点间杂交处理HP的重要性。
2022-07-13 cond-mat.mtrl-sci
Pivotal Role of Intersite Hubbard Interactions in Fe-doped $α$-MnO$_2$
我们提出了一个第一性原理调查的结构，电子和磁性的原始和Fe掺杂的$α$ -MnO $_2$使用扩展的Hubbard泛函密度泛函理论。现场$U$和intersite $V$哈伯德参数确定的第一性原理和自洽使用密度泛函微扰理论的基础上Löwdin正交化的原子轨道。对于原始的$α$ -MnO $_2$，我们发现，所谓的C2-AFM自旋配置是最积极有利的，与实验观察到的反铁磁基态。对于Fe掺杂的$α$ $_2$，考虑了两种类型的掺杂：Fe插入到$2 \times 2$隧道中以及Fe部分取代Mn。我们发现，只有当现场$U$和intersite $V$哈伯德校正包括间隙掺杂保留的C2-AFM自旋配置的主机晶格，而对于替代掺杂的现场哈伯德$U$校正单独是能够保留的C2-AFM自旋配置的主机晶格。Fe的氧化态分别为$+2$和$+4$，Mn的氧化态分别为$+4$.这项工作铺平了道路，准确的研究其他MnO $_2$多晶型物和复杂的过渡金属化合物时，本地化的$3d$电子发生在强共价相互作用的存在下与配体。
2022-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Understanding the role of Hubbard corrections in the rhombohedral phase of BaTiO$_3$
该研究通过第一性原理计算发现，仅对BaTiO$_3$施加位点内Hubbard $U$修正会抑制Ti-O杂化并破坏菱方相，而同时考虑位点内$U$和位点间$V$的PBEsol+$U$+$V$泛函能恢复菱方相并准确预测带隙、介电常数和拉曼光谱。
2023-12-27 cond-mat.mtrl-sci
Investigating Polaron Formation in Anatase and Brookite TiO2 by Density Functional Theory with Hybrid-Functional and DFT + U Methods
锐钛矿和板钛矿是具有增强的光催化性能的坚固材料。在这项研究中，我们使用密度泛函理论（DFT）的混合功能和Hubbard在现场的潜力的方法来确定电子和空穴极化子的几何形状的钙钛矿和板钛矿和他们的能量。用DFT和杂化泛函方法预测了局域电子和空穴极化子在量子阱中不会形成。相比之下，板钛矿形成电子和空穴极化子。板钛矿的电子极化子溶液表现出共存的局域态和离域态，与空穴极化子主要分散在两个配位的氧离子。在4 eV到10 eV的宽范围内的Hubbard现场电位测试表明，板钛矿极化子在6 eV处形成，而极化子在8 eV处形成。在哈伯德模型下，板钛矿电子极化子总是位于单个钛离子上，而空穴极化子分散在四个氧原子上，这与混合DFT研究一致。电子极化子在较低的现场电位分散，但在较高的电位更本地化。这两种方法都预测板钛矿具有更高的驱动力，形成极化子比铌酸锂。
2019-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Combined hybrid functional and DFT+$U$ calculations for metal chalcogenides
在局域电子态材料的密度泛函研究中，局域/半局域交换相关泛函通常与Hubbard参数$U$结合，如LDA+ $U$方法，或者与精确计算的（Fock）交换能的一部分混合，产生混合泛函。虽然在一定程度上修正了半局部密度近似的某些不准确性，但这些改进不足以使预言与实验数据相符合。本文提出了混合泛函方法与LDA+ $U$方法互补的观点，并建议将区间分离（HSE）混合泛函方法与Hubbard $U$方法相结合。因此，我们提出了各种HSE+ $U$计算的一组II-VI族半导体，包括锌和镉的单硫族化物，以及与实验数据的比较。我们的研究结果意味着可以确定Hubbard参数的最佳值$U^\ast$，这确保HSE+ $U^\ast$计算再现了实验带隙。结果表明，通过在HSE泛函中加入$U^\ast$项，不仅可以更好地描述半导体的电子结构，而且可以更好地描述晶体结构和能量学，证明了HSE+ $U^\ast$方法在模拟具有局域电子态的半导体中的实用性.
2014-07-23 cond-mat.mtrl-sci
Calculation of Elastic Constants of UO$_2$ using the Hubbard-Corrected Density-Functional Theory DFT+U
本文利用Hubbard修正的DFT+U方法计算了UO2单晶弹性常数，并结合Voigt、Reuss和Hill模型评估多晶燃料力学性能，结果与实验高度吻合，为辐照燃料研究提供了可靠方法。
2025-04-11 cond-mat.mtrl-sci
Pulay forces in density-functional theory with extended Hubbard functionals: From nonorthogonalized to orthogonalized manifolds
我们提出了一个推导的精确表达式Pulay力的密度泛函理论计算增强扩展的哈伯德泛函，并产生于使用正交化的原子轨道作为投影仪的哈伯德流形。轨道重叠矩阵的平方根倒数的导数作为相关的李雅普诺夫（西尔维斯特）方程的封闭形式的解决方案。在超软赝势和投影增广波方法的框架内，并使用平面波基组的力的所产生的贡献的表达式。我们已经基准的情况下，NiO的总能量的有限差异，找到很好的协议，目前的实施。由于Hubbard校正的密度泛函理论计算的准确性-提供的Hubbard参数计算的考虑中的歧管-目前的工作铺平了道路，系统的研究固态和分子过渡金属和稀土化合物。
2022-05-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Effects of the Hubbard U on density functional-based predictions of BiFeO$_3$ properties
多铁性材料，如铁酸铋（BFO）的第一性原理研究，需要的方法，超出标准的密度泛函理论（DFT）。DFT+U方法是一种广泛应用于BFO研究的扩展方法。我们系统地研究了U参数对BFO的结构、铁电和电子性质的影响。我们发现，结构和铁电性能的变化可以忽略不计的范围内的U通常认为BFO（3-5 eV）。相反，电子结构随U的变化而显著变化。特别是，我们看到的价带最大值和导带最小值的特性和曲率的大变化，除了预期的带隙增加，随着U的增加。最重要的是，我们发现，$t_{2g}$ / $e_{g}$订购，预期从晶体场论，U值大于4 eV的反转。因此，我们建议将至多4 eV的U值应用于BFO中的Fe $d$轨道。更一般地说，这项研究强调需要系统的调查U参数的影响，不仅对带隙，但作为一个整体的电子结构，特别是强相关材料。
2018-04-09 cond-mat.mtrl-sci
Effects of self-consistent extended Hubbard interactions and spin-orbit couplings on energy bands of semiconductors and topological insulators
本文扩展了赝杂化泛函方法以实现针对非共线自旋态的自洽扩展Hubbard泛函，能同等处理局域与非局域库仑相互作用，高效可靠地计算强自旋轨道耦合半导体和拓扑绝缘体的能带，精度优于FR-GWA且计算成本低。
2024-06-17 cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Study of Two-Dimensional Ferroelectrics Using Self-Consistent Hubbard Parameters
具有原子厚度的可切换自发极化的二维（2D）材料的发现为实现具有潜在应用范围从存储器和传感器到MEMS和太阳能电池的高密度电子器件开辟了令人兴奋的机会。基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理方法促进了二维铁电体的发现和设计。然而，采用局部和半局部交换相关泛函的DFT计算未能准确地预测该低维材料家族的带隙。在这里，我们提出了一个DFT+ $U$ + $V$的二维FEs表示的单层$α$ -In $_2$ Se $_3$和它的同源III $_2$ -VI $_3$化合物的平面外和平面内的偏振，使用Hubbard参数计算的第一性原理。我们发现，ACBN 0，一个伪混合密度泛函，允许自洽确定的$U$参数，提高了所有调查的二维有限元带隙的预测与计算成本远低于混合密度泛函。位间库仑相互作用$V$对于精确描述双层In $_2$ Se $_3$和In $_2$ Se $_3$ /InTe等范德华异质结构的电子结构至关重要。对于铁基催化的研究，我们发现自洽$U$修正的应用可以强烈地影响开壳层分子在二维铁电极性表面上的吸附能。
2020-10-30 cond-mat.mtrl-sci
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
Density-functional theory for the Hubbard model: numerical results for the Luttinger liquid and the Mott insulator
我们构造并应用了一维哈伯德模型的交换关联泛函。这个泛函在其中建立了存在于哈伯德模型中的Luttinger-液体和Mott-绝缘体关联，就像通常的{ \it ab initio}局域密度近似（LDA）在其中建立了存在于电子气中的费米-液体关联一样。基于Bethe Answer（BA）给出了均匀哈伯德模型交换关联能的精确表达式，并将所得LDA泛函应用于各种非均匀哈伯德模型.这些包括有限尺寸的哈伯德链和环、哈伯德模型中的各种杂质、自旋密度波和莫特绝缘体。对于小的系统，数值精确对角化是可行的，我们从我们的BA-LDA得到的结果与精确的比较，发现非常令人满意的协议。在相反的限制，大型和复杂系统，BA-LDA允许调查的系统和参数制度，是无法通过传统的方法。
2002-09-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Pseudo-hybrid density functional ACBN0 for Hubbard $U$ correction in a numeric atom-centered orbital basis
Skolkovo Institute of Science and Technology（斯科尔科沃科学技术研究所）
本文在FHI-aims中实现了ACBN0伪杂化密度泛函，通过Löwdin正交化投影子提高稳定性，在金属氧化物和氮化物基准上降低带隙误差至HSE06精度，并展示其在低维体系OER过电位计算中的适用性。
2026-10-30 cond-mat.mtrl-sci
Noncollinear DFT+$U$ and Hubbard parameters with fully-relativistic ultrasoft pseudopotentials
该研究将Dudarev的DFT+$U$方法推广至全相对论超软赝势，实现非共线磁性体系的能量、力、应力及Hubbard $U$参数计算，并应用于EuX和Cd$_2$Os$_2$O$_7$验证。
2023-04-20 cond-mat.mtrl-sci
Reduced density-matrix functionals applied to the Hubbard dimer
常见的密度矩阵泛函，Müller和功率泛函，已被基准的半填充的Hubbard二聚体，它允许模拟键的解离问题和过渡从弱到强相关的限制。无偏的数值计算与分析结果相结合。尽管Müller泛函取得了众所周知的成功，但基态是退化的一维铁磁溶液。由此产生的无限磁化率表明穆勒泛函的另一个定性缺陷。相对于颗粒数的导数不连续性不存在，表明不正确的金属样行为。对于弱相互作用，幂函数实际上倾向于铁磁态。类似于Hartree-Fock近似，功率泛函经历了一个超过临界相互作用强度的过渡，然而在这种情况下，到一个非共线的反铁磁状态。
2016-01-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Density functional theory in transition-metal chemistry: a self-consistent Hubbard U approach
过渡金属中心是许多生物和无机化学反应的活性中心。尽管如此，基于广义梯度近似的密度泛函理论计算往往不能描述活性位点周围的能量、多重态结构、反应势垒和几何形状。我们建议在这里的替代方法，来自于哈伯德U校正固态的问题，提供了一个很好的协议与相关电子量子化学计算的测试情况下，范围从基态的Fe $_2$和Fe $_2^-$的FeO $^+$上的分子氢的加成-消除。的哈伯德U确定一种新的自洽的程序的基础上的线性响应方法。
2006-08-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Assessing the magnetic states and the accuracy of first-principles Hubbard corrections for the battery cathode Li$_x$CoO$_2$ ($x=0,1$)
Paul Scherrer Institute（保罗谢勒研究所）；École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；Università degli Studi di Milano-Bicocca（米兰比可卡大学）；University of Bremen（不来梅大学）
本研究通过第一性原理Hubbard修正和磁态系统探索，评估了LiCoO2和CoO2的结构、电子及电化学性质，发现磁态探索对确定基态至关重要，插层电压与实验偏差仅2%。
2026-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Reformulation of DFT+U as a pseudo-hybrid Hubbard density functional
以较低的计算费用准确预测材料的电子性质是发展有效的高通量量子力学（HTQM）框架以加速材料发现的必要条件。HTQM基础设施依赖于密度泛函理论（DFT）的预测能力，这是材料性能第一性原理研究的首选方法。然而，DFT的近似导致半导体和绝缘体的电子能带结构的描述有些不准确。在这篇文章中，我们介绍ACBN 0，一个伪混合哈伯德密度泛函，产生一个改进的预测的能带结构的绝缘体，如过渡金属氧化物，如TiO 2，MnO，NiO和ZnO，只有一个微不足道的增加计算成本。
2014-10-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
(Spin-)density-functional theory for open-shell systems: exact magnetization density functional for the half-filled Hubbard trimer
根据密度泛函理论的Hohenberg-Kohn定理，相互作用电子系统的所有可观测量都可以表示为基态密度的泛函。原则上，这包括开壳层系统的自旋极化（磁化）;然而，磁化作为总密度的函数的显式形式是未知的。在实践中，开壳层体系通常用自旋密度泛函理论来处理，其中的基本变量是自旋密度。在这里，DFT和自旋DFT的开壳层系统之间的关系进行了说明和精确的磁化强度密度泛函得到半填充的Hubbard三聚体。本文分析了自旋受限和自旋非受限的精确交换Kohn-Sham计算所产生的误差，并通过精确磁化泛函部分消除了这些误差。
2019-05-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.chem-ph
Hubbard-corrected DFT energy functionals: the LDA+U description of correlated systems
这篇综述文章的目的是评估Hubbard根LDA+U方法的描述能力，并澄清在何种条件下它可以被预期是最具预测性的。本文阐述了LDA+U的理论基础和相关材料研究的典型应用，讨论了其制定中使用的最相关的近似，并与其他方法进行了比较，也开发了类似的目的。公开的“问题”的方法进行了讨论，包括计算的电子耦合（Hubbard U），校正功能的精确表达和可能性使用LDA+U的其他类别的材料。文章的第二部分介绍了最近的扩展的方法，并说明了显着的改进，他们已经获得了几类不同的系统的描述。结论部分最后讨论了LDA+U未来可能的发展，以进一步扩大其预测能力和适用范围。
2013-09-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
The Levy-Lieb embedding of density functional theory and its Quantum Kernel: Illustration for the Hubbard Dimer using near-term quantum algorithms
Levy和Lieb的约束搜索公式提供了从N-可表示密度到N-粒子波函数空间的具体映射，并明确定义了密度泛函理论的泛泛函。我们数值实现的Levy-Lieb程序的范式晶格系统，哈伯德二聚体，使用修改后的变分量子本征求解器的方法。我们证明了密度变分最小化使用所产生的混合量子经典计划具有实时计算的Levy-Lieb功能沿搜索轨迹。我们进一步说明了一个保真度为基础的量子内核与密度的纯态嵌入隐含的Levy-Lieb程序，并采用内核学习可观察的泛函的密度。我们研究的核心的能力，概括了高精度，通过数值实验的哈伯德二聚体。
2022-07-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el quant-ph
Combined density-functional and dynamical cluster quantum Monte Carlo calculations for three-band Hubbard models for hole-doped cuprate superconductors
采用局域密度泛函理论（LDA-DFT）和量子Monte Carlo（QMC）动态集团近似方法，研究了几种单层空穴掺杂铜氧化物超导体的超导转变温度Tc随参数的变化关系，这些超导体的Tc_（max）在实验上有很大差异.分别采用LDA和下折N阶Muffin-tin轨道技术（N=0和1）计算了两种不同的三带哈伯德模型的参数。QMC计算表明，4位团簇的d波转变温度Tc依赖于敏感的参数。N=1的MTO基组再现了所有三个$pdσ$带，导致d波跃迁，而N=0的基组仅再现了LDA费米面和速度。
2008-06-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Density-functional theory for systems with noncollinear spin: orbital-dependent exchange-correlation functionals and their application to the Hubbard dimer
发展了一类新的轨道相关交换相关势，用于非共线自旋密度泛函理论。从优化的有效势（OEP）的形式主义的确切的交换势-广义的非共线的情况下-相关效应通过一个自洽的程序的启发Singwi-Tosi-Land-Sjolander（STLS）方法。的轨道相关的xc电位施加到均匀和非共线的磁场的哈伯德二聚体和精确对角化和Bethe-anastrous本地自旋密度近似。STLS给出了总能量，密度和磁化强度的整体最佳性能，特别是在弱到中等相关的制度。
2018-05-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Linear response time-dependent density functional theory of the Hubbard dimer
利用不对称Hubbard二聚体研究了线性响应含时密度泛函理论的精确含频核的密度依赖性。给出了核的精确形式，并指出了利用精确基态泛函的绝热近似的局限性。证明了格点哈密顿的振子强度求和规则，并给出了相应的振子强度定义。Casida方法提取振子强度的频率依赖的核被证明产生的准确结果与此内核。一个明确的方式标签的性质的激发。证明了基态交换关联能的涨落耗散定理。弱相关和强相关之间的区别取决于相互作用与不对称性的比率。一个简单的插值之间仔细定义的弱相关和强相关制度产生一个密度泛函近似的内核，提供准确的过渡频率的单和双激发，包括电荷转移激发。附录中给出了许多精确的结果、极限和关于这些极限的展开式。
2018-05-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Real-space Hubbard-corrected density functional theory
College of Engineering, Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院工程学院）；College of Computing, Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院计算机学院）
本文提出实空间Hubbard修正DFT框架，推导能量、力与应力表达式，实现大规模并行，较平面波代码快一个数量级以上，并用于TiO$_2$多晶型研究及Hubbard参数优化。
2025-10-17 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Ground and excited-state fermions in a 1D double-well, exact and time-dependent density-functional solutions
两个最流行的相互作用的费米子的量子力学模型进行了比较，彼此和潜在的精确解的一对接触相互作用的费米子被困在一个1D的双势阱，一个模型的原子在一个准1D光晶格或电子的氢分子在一个强磁场。一个精确的少体哈密顿量在动量空间中数值求解，得到一个高度相关的本征谱。此外，近似基态能量得到使用密度泛函理论（DFT）功能和2-网站哈伯德模型。构造了一维绝热LDA核用于含时密度泛函理论（TDDFT），并将所得的激发态谱与精确结果和Hubbard结果进行了比较。DFT示出，以提供准确的结果，井与小的分离，但未能描述本地化的相反自旋费米子到不同的网站。一个本地认知（LC）的密度泛函的基础上的有效的本地费米子数将提供一个解决这个问题的方法，这里提出的近似处理相比，毫不逊色的确切和哈伯德的结果。TDDFT激发态谱在小参数区域是准确的，非绝热效应占任何偏差。正如预期的那样，基态哈伯德模型在大分离处优于DFT，但在中间分离处由于对联合原子极限的不适当缩放而失效。在强耦合下，Hubbard和TDDFT方法都不能捕获适当的能量。
2009-04-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Self-consistent dynamical Hubbard functional for correlated solids
本文提出基于动力学Hubbard泛函和极点求和算法反演方法的完全自洽电子结构计算框架，在SrVO₃中准确再现光谱特征并显著改进平衡体积和体模量等热力学性质。
2025-08-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
The self-consistent charge density functional tight-binding (DFTB) theory study of carbon adatoms using tuned Hubbard U parameters
Institute of Atomic and Molecular Physics, Jilin University（吉林大学原子与分子物理研究所）；Jilin Provincial Key Laboratory of Applied Atomic and Molecular Spectroscopy (Jilin University)（吉林大学应用原子分子光谱学吉林省重点实验室）
本研究采用两种DFTB+U方法调节Hubbard U参数，分析C61的电子结构，发现两种方法均能降低缺陷碳占据态轨道能量、提升HOMO-LUMO能隙，为碳材料DFTB计算提供方法参考。
2016-06-11 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Calculations of Magnetic Exchange Interactions in Mott--Hubbard Systems
介绍了一种计算强关联系统中磁交换相互作用的有效方法。它是基于一个磁力定理，该定理评估由于磁矩旋转的线性响应，并使用一种新的谱密度泛函框架结合我们的精确对角化的动力学平均场和本地密度泛函理论。应用于三维金属单氧化物和高- T_{c}超导体的自旋波和磁转变温度与实验符合得很好。
2006-09-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Time Dependent Density Functional Theory meets Dynamical Mean Field Theory: Real-Time Dynamics for the 3D Hubbard model
我们引入了一类新的交换关联势，用于三维强关联体系的静态含时密度泛函理论。通过动力学平均场论得到的潜力，足够强的相互作用，表现出在半填充密度，莫特过渡的签名不连续。对于含时扰动，动力学描述在绝热局域密度近似。新方案的结果相比，非常有利的集群中的确切的。作为应用，我们研究了三维哈伯德模型中的Bloch振荡。
2011-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.quant-gas
Prediction of Li intercalation voltages in rechargeable battery cathode materials: effects of exchange-correlation functional, van der Waals interactions, and Hubbard $U$
由于（1）与局部过渡金属$d$电子相关的强相关性和（2）层状体系中显著的范德华（vdW）相互作用的可能性，这两者都不能被密度泛函理论（DFT）的标准近似精确地捕获。在这里，我们进行了一个系统的基准的电子结构方法的基础上广泛使用的广义梯度近似Perdew，伯克和Ernzerhof（PBE）和新的强约束和适当规范（SCAN）元广义梯度近似电池阴极材料。研究了层状Li $_x$ TiS $_2$，Li $_x$ NiO $_2$，和Li $_x$ CoO $_2$，橄榄石Li $_x$ FePO $_4$，和尖晶石Li $_x$ Mn $_2$ O $_4$ THABMP，我们计算的电压，晶体结构和电子结构，并没有扩展到纳入现场哈伯德相互作用和vdW相互作用。在纯DFT（即，没有现场哈伯德相互作用的校正），SCAN是一个显着的改进PBE用于描述阴极材料，减少平均绝对电压误差超过50%。虽然明确的vdW相互作用并不重要，甚至在与SCAN一起应用时是有害的，但Hubbard $U$校正通常仍然是必要的，以实现与实验的合理一致。我们表明，没有一种方法可以准确地描述电压和整体结构，电子和磁性（即，对于电池阴极材料的电压、体积、带隙和磁矩的误差不超过5%），激发了对用于这种系统的改进的电子结构方法的强烈需求。
2020-03-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Nonadiabatic Time-Dependent Spin-Density Functional Theory for strongly correlated systems
提出了一种非绝热含时自旋密度泛函理论（TDSDFT）方法，用于研究强电子关联系统的单电子激发态和超快响应.非绝热交换相关核（XC）的相关部分描述了这些关联，XC核是利用强关联电子的哈伯德模型的一些精确结果构造的。我们表明，相应的非绝热XC内核再现的哈伯德二聚体和无限维哈伯德模型，其中一些是不可能得到的绝热方法内的频谱的主要特征。该理论可应用于强关联电子系统的平衡和非平衡的DFT研究，包括纳米结构的重要情况下，它会导致必要的计算能力显着减少。
2013-10-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Density Functional Theory for 2D Transition-Metal Dichalcogenides with Extended Hubbard Parameters
University of Manchester（曼彻斯特大学）；National Graphene Institute, University of Manchester（曼彻斯特大学国家石墨烯研究所）；Northern Border University（北部边界大学）
本文通过引入金属上U和金属-硫属V的Hubbard修正，优化PBE泛函，准确计算MoS2等TMDs的带边电子结构，提升带隙和铁电极化等性质与实验的吻合度，为高通量材料计算提供高效框架。
2026-10-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First-principles Hubbard U and Hund's J corrected approximate density-functional theory predicts an accurate fundamental gap in rutile and anatase TiO2
钛白（TiO $_2$）对近似Kohn-Sham密度泛函理论（KS-DFT）及其Hubbard修正扩展DFT+ $U$提出了长期的挑战。我们发现，先前提出的扩展的第一原理DFT+ $U$纳入洪德的$J$校正，称为DFT+ $U$ + $J$，结合使用最近提出的线性响应理论计算的参数，预测基本带隙准确以及在金红石和金红石TiO $_2$的实验不确定性。我们的方法建立在已建立的研究结果，哈伯德修正钛$3d$和氧$2p$在TiO $_2$子空间，象征性地给出DFT+ $U^{d,p}$，是必要的，以实现可接受的带隙使用DFT+ $U$。当包含Hund的$J$第一原理时，该要求仍然存在。我们还发现，即使使用子空间特定的第一性原理$U$和$J$参数时，计算出的间隙取决于相关的子空间定义。使用最简单合理的相关子空间定义和基本功能，局部密度近似，我们表明，高精度的结果，从使用一个相对简单的形式的DFT+ $U$ + $J$功能。对于闭壳层系统，如TiO $_2$，我们描述了如何各种DFT+ $U$ + $J$泛函减少到DFT+ $U$适当修改的参数，使可靠的带隙可以计算金红石和金红石没有修改传统的DFT+ $U$代码。
2020-06-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.chem-ph
Insulator-bad metal transition in RNiO$_3$ nickelates beyond Hubbard model and density functional theory
本文提出了一种考虑电荷自由度的新颖极小$U$-$V$-$t_b$模型，描述了RNiO$_3$镍酸盐中由电荷歧化驱动的绝缘体-不良金属转变，并成功再现了其$T$-R相图的主要特征。
2025-08-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Density functional theory calculations on magnetic properties of actinide compounds
本文基于密度泛函理论和Hubbard电子相关修正（DFT+U），对UO_2、PuO_2和UN的磁序（共线和非共线）、原子结构和电子结构进行了详细的分析。我们已经表明，UO 2的3-k磁结构是能量最低的哈伯德参数值为U=4.6 eV（和J=0.5 eV）与实验一致时，杜达列夫的形式主义。与UO 2相反，UN和PuO 2没有表现出向菱面体结构变形的趋势，因此，在这些材料中没有复杂的3-k磁性结构。
2010-05-28 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Density-functionals not based on the electron gas: Local-density approximation for a Luttinger liquid
通过将局域密度近似（LDA）的参考系从电子气转移到其他模型系统，可以得到一类新的密度泛函，它通过设计考虑了所选参考系中存在的相关性。通过构造一维哈伯德模型的显式LDA来说明这种策略。传统的{ \it ab initio} LDA是基于费米液体（电子气），而这一个是基于Luttinger液体。首次应用到非均匀哈伯德模型，包括一个包含局部杂质，报告。
2003-03-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
On-site and inter-site Hubbard corrections in magnetic monolayers: The case of FePS$_3$ and CrI$_3$
本研究针对二维磁性材料中Hubbard修正密度泛函理论的有效性问题，采用自洽计算的在位与格点间Hubbard参数，探究了两种二维磁性材料的性质，提出自旋分辨的U参数方案可提升铁磁CrI$_3$的计算准确性。
2024-02-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Machine learning Hubbard parameters with equivariant neural networks
École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院）；Université Grenoble Alpes（格勒诺布尔阿尔卑斯大学）；University of California Berkeley（加州大学伯克利分校）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；Paul Scherrer Institut (PSI)（保罗·谢勒研究所）
提出一种基于等变神经网络的机器学习模型，利用原子占据矩阵预测DFT+$U$+$V$中的Hubbard参数，在12种材料上实现3%和5%的低误差，大幅加速高精度材料发现与设计。
2025-01-29 cond-mat.mtrl-sci cs.LG physics.chem-ph
Spectrum of extended systems from Reduced Density Matrix Functional Theory
提出了一种在约化密度矩阵泛函理论下计算扩展固体光谱的方法。这种方法的应用程序的强关联的过渡金属氧化物系列表明，（i）绝缘状态被发现在磁秩序的情况下，此外，（ii）之间的相互作用的变化转移和莫特-哈伯德相关正确描述。在这方面，我们发现，虽然NiO具有很强的电荷转移特性的电子间隙，与大量的杂化之间的$t_{2g}$和氧- $p$状态在较低的哈伯德带，MnO这几乎是完全不存在的。作为我们的方法的验证，我们还计算了各种弱相关材料的光谱，发现与实验和其他技术很好的协议。
2012-01-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Exact Excited-State Functionals of the Asymmetric Hubbard Dimer
本文利用 Levy 受限搜索和 Lieb 凸公式计算了非对称 Hubbard 二聚体的精确激发态泛函，发现激发态泛函具有凹性及多值性等独特性质，为开发态特定激发态密度泛函提供了重要见解。
2023-08-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el math-ph
Predicting structure-dependent Hubbard U parameters for assessing hybrid functional-level exchange via machine learning
本研究构建了一个仅基于结构信息预测材料特定Hubbard U参数的机器学习模型，在Mn-O体系中以极低计算成本实现高精度（MAE=0.128 eV，R²=0.97），并揭示U值主要由局部键长决定，可简化DFT+U方法的应用。
2023-02-19 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
