Combining plane wave expansion and variational techniques for fast phononic computations
本文结合平面波展开法和混合变分法的特点，快速计算任意复数声子单胞的本征值。这是通过在傅立叶展开中扩展材料属性来完成的，就像PWE的情况一样。在变分方案中所需的矩阵元素被确定为材料特性的离散傅立叶变换系数，从而避免了任何显式积分的需要。该过程使我们能够提供简洁和封闭的形式表示的所有矩阵中涉及的混合变分方法。本文提出的格式既保留了PWE方法所固有的表达式简单性，又保留了混合变分格式的优良收敛性。我们给出了数值结果，并评论当前方法的收敛性和稳定性。我们表明，目前的表示呈现的结果的方法稳定在整个范围内的扩展项所允许的空间离散化。与零阶数值积分格式相比，本方法的特征值计算精度更高。高阶数值积分方案接近本方法的精度，但仅具有显著更多的计算费用。
2017-05-26 cond-mat.mtrl-sci
A consistent picture of excitations in cubic BaSnO$_{3}$ revealed by combining theory and experiment
在透明导电氧化物中，钙钛矿锡酸钡由于其在室温下实现的出色的载流子迁移率而在各种电子应用中最有前途。然而，它的大多数重要特性，如带隙，有效质量和吸收边，仍然存在争议。在这里，我们提供了一个完全一致的图片相结合的国家的最先进的{ \it从头计算}方法与最前沿的电子能量损失光谱和光吸收测量。价电子能量损失谱，其特征信号来自带隙跃迁，获得对BaSnO $_{3}$单晶的无缺陷样品区域。这些高能量分辨率的测量也能够捕捉到非常弱的激发低于光学间隙，归因于间接过渡。通过温度相关的光吸收测量，我们评估了电子-声子耦合引起的带隙重整化效应。总的来说，我们发现的有效电子质量，直接和间接的差距，光学间隙，以及吸收起始点和光谱，实验技术和理论多体结果之间的良好协议，也支持图片的声子介导的机制，间接跃迁激活声子诱导的对称性降低。这项工作展示了不同的高层次的理论和实验方法探索新材料的特性之间富有成效的联系。
2022-03-20 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph physics.optics
Accelerated screening of thermoelectric materials by first-principles computations of electron-phonon scattering
最近发现的用于热电能量转换的新材料是通过从第一原理有效预测材料的性能而实现的，而无需经验拟合的参数。描述了一种新的简化的计算电子输运性质的方法，与现有的方法相比，该方法具有良好的精度和可移植性，同时大大降低了复杂性和计算成本。电子-声子耦合的第一性原理计算表明，电子弛豫时间的能量依赖性随化学成分和载流子浓度的变化而显著变化，这表明有必要超越常用的近似来筛选和优化材料的成分、载流子浓度和微观结构。新的方法进行了验证，使用高精度的计算和验证的实验数据，然后将其应用于筛选和发现有前途的组合物在空间的半Heusler合金。通过分析数据趋势，有效电子质量被确定为决定材料性能的单一最佳通用描述符。从第一性原理出发计算了洛仑兹数，并讨论了Wiedemann-Franz定律在热电学中的普适性。
2018-05-01 cond-mat.mtrl-sci
Combining Frozen Trajectory Excitation and TACAW for in silico Time-Resolved Vibrational Electron Energy Loss/Gain Spectroscopy
Uppsala University（乌普萨拉大学）；Poznan University of Technology（波兹南理工大学）；Polish Academy of Sciences（波兰科学院）
提出一种结合冻结轨迹激发（FTE）和辅助波函数时间自相关（TACAW）的计算框架，用于模拟非平衡晶格动力学的时间分辨振动电子能量损失光谱，并展示在fcc-Ni和3C-SiC中的应用。
2026-06-15 cond-mat.mtrl-sci
Combining experiments on luminescent centres in hexagonal boron nitride with the polaron model and ab initio methods towards the identification of their microscopic origin
本研究结合ab initio计算与非微扰开放量子系统理论，分析了26种缺陷跃迁，将hBN中发光中心的微观起源缩小至三种碳基缺陷，并验证了基于极化子的理论方法与PLE实验高度一致。
2023-04-03 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Phonon-Mediated Thermal Transport in Nanocrystalline Silicon Using Machine-Learning Interatomic Potentials
International Iberian Nanotechnology Laboratory (INL)（伊比利亚纳米技术国际实验室）；Universitat de Barcelona (UB)（巴塞罗那大学）；Institute of Nanoscience and Nanotechnology (IN2UB)（纳米科学与技术研究所）；Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2), CSIC and BIST（加泰罗尼亚纳米科学技术研究所（ICN2）, 西班牙国家研究委员会和巴塞罗那智能科技学院）；Nanomaterials and Nanotechnology Research Center (CINN-CSIC), Universidad de Oviedo (UO)（纳米材料与纳米技术研究中心（CINN-CSIC）, 奥维耶多大学）
研究结构复杂材料中声子介导热输运难题，结合高斯近似势、多原子团簇展开模型等，开发机器学习框架模拟纳米晶硅热输运，计算相关参数，揭示晶界热边界电阻特性，相比传统势，该框架描述更准确自洽，利于低维材料热输运建模。
2026-08-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Developments and Further Applications of Ephemeral Data Derived Potentials
本文介绍了瞬态数据衍生势（EDDP）的新功能及其在碳、铅、氢化钪和氰化锌等材料中的应用，展示了其在宽压力和化学计量范围内评估声子、相图、超离子性和热膨胀的能力。
2023-10-02 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Electron-phonon coupling in magnetic materials using the local spin density approximation
Université catholique de Louvain（天主教鲁汶大学）；University of Liège（列日大学）；University of Utrecht（乌得勒支大学）；WEL Research Institute（WEL研究所）
本文通过结合微扰论和最大局域化Wannier函数扩展EPW软件包，实现了磁性材料中电子-声子耦合矩阵元的插值计算，并以铁和镍为例验证了该方法在计算声子诱导质量增强、Eliashberg谱函数及载流子电阻率方面的有效性，揭示了两种材料在输运性质上的根本差异。
2026-05-28 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
The Phonon Quasiparticle Approach for Anharmonic Properties of Solids
晶格非谐性的知识对于阐明结晶固体中独特的热性质是必不可少的。然而，精确的\textit{ab initio}调查晶格非谐遇到困难，由于繁琐的计算。在这里，我们介绍了声子准粒子的方法，并审查其应用于各种材料。该方法通过将\textit{ab initio}分子动力学和晶格动力学计算相结合来有效且可靠地解决晶格非谐性。因此，原则上，它考虑了完全的非谐效应，克服了\textit{ab initio}分子动力学典型的有限尺寸效应。在弱非谐和强非谐系统的热力学和热输运性质的计算中证明了该方法的有效性。
2021-12-21 cond-mat.mtrl-sci
Multi-gap topology and non-Abelian braiding of phonons from first principles
物质的非阿贝尔态，其中最终状态取决于两个准粒子交换的顺序，可以编码不受环境噪声影响的信息，有可能为拓扑量子计算提供一个强大的平台。我们证明了声子在其频谱的带交叉点处可以携带非阿贝尔框架电荷，并且外部刺激可以驱动它们的编织。我们提出了一个一般的框架来理解声子的拓扑结构从第一性原理计算使用一个拓扑不变量称为欧拉类，并提供了一个完整的分析声子编织通过组合不同的拓扑结构。以Al $_2$ O $_3$为例，研究了静电掺杂引起的声子带反转，并由此导致了声子的非阿贝尔编织.我们的工作为在倒易空间中实现非阿贝尔编织提供了一个新的准粒子平台，并扩展了研究编织过程的工具。
2021-11-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Combining the advantages of superconducting MgB2 and CaC6 in one material: suggestions from first-principles calculations
我们发现，最近预测的一硼化锂层状相Li 2B 2结合了MgB 2中强电子-声子耦合的关键机制（即，共价B σ带与B键拉伸模式的相互作用）与CaC 6中的主要偶联机制（即，类自由电子层间态与软嵌入模式的相互作用）。然而，令人惊讶的是，计算出Li 2B 2中的电子-声子耦合比MgB 2或CaC 6中的弱。我们证明，这是由于意外的情况下，在费米能级在Li 2B 2的B π状态。在MgB 2中，π电子在加强σ电子的耦合方面起着间接但重要的作用。掺杂Li 2B 2以恢复费米能级的π电子，预计将导致一种新的超导体，其Tc可能超过MgB 2。
2007-01-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Phonons in MoSe2/WSe2 van der Waals heterobilayer
我们报告的第一性原理计算的结构和振动特性的合成的二维范德华异质结构形成的单层二硫属元素MoSe 2和WSe 2。我们表明，当结合这些系统在一个周期性的二维异质结构，独立的成分的固有声子特性在很大程度上保存，但此外，表现出剪切和呼吸声子模式，不存在于个别积木。这些特殊的模强烈依赖于弱vdW力，对层状材料的热性质有很大的贡献。除了这些特征外，还发现了异质双分子层的弯曲模与单层母体的弯曲模的偏离。
2021-05-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mapping momentum-dependent electron-phonon coupling and non-equilibrium phonon dynamics with ultrafast electron diffuse scattering
尽管它们在确定材料特性方面发挥着重要作用，但在整个布里渊区（BZ）中，关于电子-声子和声子-声子耦合（分别为EPC和PPC）强度的详细动量相关信息已被证明难以获得。在这里，我们表明，超快电子漫散射（UEDS）直接提供这样的信息。通过利用基于能量的选择规则和时间分辨，即使没有能量分辨，也可以区分不同声子分支的散射。使用石墨作为一个模型系统，我们表明，UEDS图案映射的相对EPC和PPC强度通过其深刻的灵敏度光致变化的声子种群。我们测量了强EPC的$K$点横向光学声子的$A_1'$对称性（$K-A_1'$），并沿着整个纵向光学分支之间的$Γ-K$，而不是像前面强调的那样，不仅对$Γ-E_{2g}$声子。我们还确定，随后的声子弛豫途径涉及三个阶段：通过几个可识别的通道衰减到横向声学（TA）和纵向声学（LA）声子（1-2 ps），带内热化的非平衡TA/LA声子种群（30-40 ps）和带间松弛的LA/TA模式（115 ps）。将UEDS与超快角分辨光电子能谱学相结合，将产生电子和声子子系统内部和之间的动力学的完整图像，有助于解开复杂的阶段，其中这些系统的相互交织的性质对紧急属性有很大的影响。
2017-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Realization of Room-Temperature Phonon-limited Carrier Transport in Monolayer MoS2 by Dielectric and Carrier Screening
我们发现，通过结合高k介质衬底和高密度的载流子，库仑杂质可以有效地屏蔽，导致前所未有的室温迁移率约150 cm 2/Vs的单层二硫化钼。高质量的样品使我们能够定量提取受库仑杂质、本征和表面光学声子限制的迁移率分量，并研究它们随温度、载流子密度和介电常数的变化。我们的理论分析和实验数据之间的良好的协议明确表明，室温声子限制的传输实现在单层二硫化钼，这是电子器件应用的必要因素。
2015-10-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum vibronic effects on the electronic properties of solid and molecular carbon
采用路径积分第一性原理分子动力学（FPMD）和色噪声恒温器相结合的方法，研究了量子振动耦合对碳同素异形体（包括分子和固体）电子性质的影响.除了避免几个近似通常采用的电子-声子耦合的计算中，我们的方法只增加了一个温和的计算成本FPMD模拟，因此它是适用于大型的超级电池，如那些需要描述非晶态固体。我们预测的电子-声子耦合的基本间隙的无定形碳的效果，我们表明，在金刚石的带隙的零声子重整化是大于以前报道的。
2021-04-22 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph quant-ph
Full Temperature-Dependent Potential and Anharmonicity in Metallic Hydrogen: Colossal NQE and the Consequences
结合路径积分方法，将非谐声子色散的温度相关有效势（TDEP）方法推广到全势情形。这种扩展自然解决了原来的TDEP在低温下的固有困难。新方法适用于高压下的固态金属氢。发现了巨大的核量子效应（NQE）和随之而来的非谐性，这不仅导致质子的大漂移，而且在计算声子色散时大大减慢了收敛速度.以直接从头算路径积分分子动力学模拟为基准，指出金属氢中由于巨大的NQE可能导致声子图像的崩溃，暗示可能存在新的晶格动力学现象.在此基础上，给出了声子以外的量子晶格动力学的一般理论形式，并讨论了其主要特征。
2022-11-26 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Understanding Polaronic Transport in Anatase TiO2 Films by Combining Precise Synthesis and First-Principles Many-Body Theory
本研究结合混合分子束外延生长与第一性原理电子-声子图解蒙特卡洛方法，实现了锐钛矿TiO2薄膜创纪录的电子迁移率，并定量揭示了极化子输运的微观机制，建立了预测性理论-实验工作流程。
2025-10-08 cond-mat.mtrl-sci
Electron-phonon interaction and surface effects on the optoelectronic properties of diamondoids: A comparative study
钻石状体特殊的光电性质使实验结果与多体理论计算结果之间存在一定的差异。因此，许多理论的努力被吸引来解决这些不一致。本文首先采用含时密度泛函理论（TD-DFT）和Franck-Condon（FC）近似，研究了电子-声子相互作用对最小类金刚石及其衍生物光学带隙的影响。然后，以比较的方式，这些结构的e-ph耦合和光学性能的表面效应被认为是。我们发现，碳的集体运动修改了以前的金刚烷的OG TD-DFT技术预测。这种效应的引入也可以充分解释扩散量子蒙特卡罗（DMC）方法预测的高估的间隙。此外，我们表明，表面的化学是另一个值得注意的效果，可以影响的OG重整化和光谱线型的系统。
2016-08-06 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of the structural, phonon, elastic, and thermodynamic properties of Al$_{3}$Ta compound under high pressure
采用密度泛函理论结合准谐波近似模型研究了L1 $_{2}$相Al $_{3}$ Ta的声子、弹性和热力学性质。声子能带结构的计算结果表明，L1 $_{2}$相Al $_{3}$ Ta在0 ~ 80 GPa压力范围内具有动力学稳定性，这是由于没有虚频的存在.分析了弹性常数$C_{ij}$、体积模量$B$、剪切模量$G$、杨氏模量$Y$、$B/G$和泊松比$ν$的压力依赖性。的弹性常数是满足机械稳定性标准的外部压力为80 GPa。弹性性能的研究结果表明，Al $_{3}$ Ta化合物具有较高的硬度，在较高的压力下，改善的延展性和塑性。此外，我们系统地研究了热力学性质，如德拜温度$Θ$，热容$C_{p}$，和热膨胀系数$α$，并提供热参数与压力之间的关系。
2018-03-30 cond-mat.mtrl-sci
Structural and vibrational study of Zn(IO3)2 combining high-pressure experiments and density-functional theory
本研究结合 X 射线衍射、拉曼光谱与第一性原理计算，揭示 Zn(IO3)2 在高压下发生两次细微同对称相变，并给出其状态方程、压缩性及声子特性。
2024-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Combining Electron-Phonon and Dynamical Mean-Field Theory Calculations of Correlated Materials: Transport in the Correlated Metal Sr$_2$RuO$_4$
本研究将第一性原理电子-声子计算与动力学平均场理论相结合，统一描述关联材料中的相互作用，发现关联金属 Sr$_2$RuO$_4$ 中电子-电子相互作用主导输运，而电子-声子作用较弱。
2023-08-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Dynamical renormalization of electron-phonon coupling in conventional superconductors
绝热玻恩-奥本海默近似被认为是一种非常稳健的方法，很少出现故障。因此，它主要用于解决凝聚态物理中的各种电子-声子性质。通过结合多体微扰和密度泛函理论，我们证明了动力学（非绝热）的影响，在估计各种散装和二维材料的超导性能的重要性。除了预期的长波长非绝热效应，我们发现了相当大的非绝热Kohn异常远离布里渊区中心的材料具有较强的谷间电子-声子散射。与绝热结果相比，这些动力学声子反常能显著地改变电子-声子耦合强度$λ$和超导转变温度$T_c$。此外，$λ$的动力学诱导的修改有很强的影响，其中可能是最有趣的是重新调整的低温和低频制度的散射时间$1/τ$从约$T^3$到约$T^2$，类似于费米液体的电子-电子散射的结果。我们的目标是指出这些非绝热效应的潜在影响，并重新建立其关键作用的电子-声子性质的计算估计。
2023-02-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
First-Principles Simulation of Electron Mean-Free-Path Spectra and Thermoelectric Properties in Silicon
载能体的平均自由程（MFP）对于更好的热电材料的纳米工程至关重要。尽管近年来在基于第一性原理的声子MFP的光谱分布的理解方面取得了重大进展，但电子MFP的光谱分布仍然不清楚。在这项工作中，我们从第一性原理计算了硅中与能量相关的电子散射和多功能谱图。相对于电子MFP的电导率积累相比，声子热导率积累，以说明纳米结构对电子和声子传输的定量影响。通过结合所有的电子和声子输运性质的第一原理，我们预测的体硅和纳米结构的硅的热电性能，并发现，硅与20 nm的纳米晶粒可以导致超过5倍的增强其热电优值的晶界散射声子更显着比电子，由于其不同的MFP分布。
2015-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Sign of the Gap Temperature Dependence in CsPb(Br,Cl)3 Nanocrystals Determined by Cs-Rattler Mediated Electron-Phonon Coupling
Institut de Ciència de Materials de Barcelona, ICMAB-CSIC（巴塞罗那材料科学研究所）；CINBIO, Universidade de Vigo（维戈大学）；ICREA（加泰罗尼亚高级研究院）
研究揭示了铯铅溴氯钙钛矿纳米晶中能隙温度依赖性符号变化的起源，发现电子-声子耦合机制是关键因素，影响其光电性质。
2024-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Deep Learning Inter-atomic Potential for Thermal and Phonon Behaviour of Silicon Carbide with Quantum Accuracy
碳化硅（SiC）是下一代半导体和核电站组件的重要材料。它的应用在很大程度上取决于它的热导率，而热导率对微观结构高度敏感。分子动力学（MD）模拟是研究纳米级器件或微结构中热输运机制的常用方法。然而，由于缺乏精确的原子间相互作用势，MD在SiC中的应用受到限制。在这项工作中，使用深势（DP）的方法，我们开发了两个原子间的潜力（DP-IAPs）的SiC的基础上两个自适应生成的数据集内的密度泛函近似在局部密度和广义梯度水平。这两个DP-IAP表现出他们的速度与量子精度在晶格动力学模拟以及声子输运的散射率分析。结合分子动力学模拟，系统地研究了其热输运和力学性能。所提出的方法和原子间的潜力铺平了道路的一个系统的方法来模拟SiC相关器件的热传输使用多尺度建模。
2021-10-21 cond-mat.mtrl-sci
Accurate and Efficient Phonon Calculations in Molecular Crystals via Minimal Molecular Displacements
针对分子晶体声子第一性原理计算成本高的难题，提出基于分子坐标基的谐晶格动力学方法，采用最小分子位移近似，计算成本最高降10倍，在低频区准确性优异，可揭示分子层面声子能带结构。
2025-03-23 cond-mat.mtrl-sci
Frequency comb generation at THz frequencies by coherent phonon excitation in Si
气体中的高阶非线性光-物质相互作用使得能够产生X射线和阿秒光脉冲、计量学和光谱学。固态材料中的光学非线性对于高带宽信息处理的光学和电子功能的结合特别感兴趣。硅中的三阶非线性光学过程已经用于处理具有大于1GHz带宽的光信号。然而，在太赫兹带宽范围内的Si基光调制器的基本物理过程尚未被探索。在这里，我们展示了超快声子调制的光学指数的Si的强烈的几个周期的飞秒脉冲的照射。在Si（15.6 THz）的纵向光学（LO）声子的基频处的共振拉曼极化率的各向异性反射率调制产生高达7阶的频率梳。通过利用Si晶格在其最高机械频率下的相干原子运动来实现全光学>100 THz频率梳产生。
2015-10-02 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Terahertz light driven coherent excitation of a zone-folded Raman-active phonon mode in the Spin-Ladder System $α'$-NaV$_2$O$_5$
本研究利用太赫兹光驱动非线性相互作用，在α'-NaV₂O₅中实现区折叠拉曼活性声子模的相干激发，揭示了其在量子材料中调控结构动力学的潜力。
2025-12-03 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of the thermoelectric properties of Zintl compound KSnSb
Zintl相的独特结构使其成为热电界实现声子玻璃和电子晶体概念的理想体系。结合电子和声子的第一性原理计算和玻尔兹曼输运理论，我们证明了Zintl化合物KSnSb在800 K时的ZT值可以达到~2.6.这种非凡的热电性能源于由于多谷能带结构而产生的大的塞贝克系数以及特别是由混合键特性引起的非常小的晶格热导率。
2017-07-29 cond-mat.mtrl-sci
Phonon-mediated electron attraction in SrTiO$_3$ via the generalized Fröhlich and deformation potential mechanisms
本文构建纳入动力学晶格屏蔽的理论框架并结合第一性原理计算，证明广义Fröhlich机制及源于Ti-O键混合特征的形变势机制可在SrTiO$_3$中产生电子吸引与超导性。
2025-05-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
