$\textit{Ab initio}$ 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
Automated construction of maximally localized Wannier functions for bands with nontrivial topology
我们表明，优化的投影函数方法可以自动构建最大本地化的Wannier函数，即使带非平凡拓扑。我们证明了这种方法的紧束缚模型的二维$\mathbb{Z}_2$拓扑绝缘体，三维强$\mathbb{Z}_2$拓扑绝缘体，以及第一性原理密度泛函理论计算的价态的Bi $_2$ Se $_3$。在所有情况下，由此产生的Wannier函数包含大的虚分量，并且比拓扑平凡阶段的Wannier函数更扩展。
2016-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Wannier-function description of the electronic polarization and infrared absorption of high-pressure hydrogen
从LDA和紧束缚Bloch波函数出发，构造了高压下固体氢分子原型结构的极大定域Wannier函数。每个被占据的Wannier函数可以与两个成对的质子相关联，定义一个“Wannier分子”。这些“分子”的偶极矩之和总是给出正确的宏观极化，即使在强压缩下，当附近的Wannier函数之间的重叠变得显着时。我们发现，在兆巴压力的贡献所产生的重叠尾巴的瓦尼尔功能的偶极子是非常大的。强振动子红外吸收实验观察到的第三阶段，以上~ 150 GPa，分析振动子引起的波动的Wannier偶极子。我们将这些波动分解为“静态”和“动态”的贡献，并发现在如此高的密度下，后一项随压力急剧增加，占主导地位。
2000-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Localized Wannier function based tight-binding models for two-dimensional allotropes of bismuth
由于其单元素组成，各种晶体形式和固有的强自旋轨道耦合，铋已被视为理想的原型材料，以扩大我们对拓扑电子结构的理解。特别是二维铋薄膜由于在拓扑晶体管和自旋电子学中的潜在应用而吸引了越来越多的兴趣。这就需要一个有效的物理模型来准确解释二维铋所表现出的新颖拓扑现象。然而，传统的半经验的方法，适应散装铋跳跃未能捕捉二维铋同素异形体的拓扑特征，因为电子能带拓扑结构的晶体对称性以及原子间距的影响很大。在这里，我们提供了一个新的参数化使用本地化的Wannier函数从布洛赫态的第一性原理计算。我们构建了三种二维铋同素异形体的新的紧束缚模型：Bi（111）双层，铋烯和Bi（110）双层。我们证明我们的紧束缚模型可以成功地再现这些二维同素异形体的能带结构，对称性和拓扑特征。我们预计，这些模型可以扩展到其他类似的二维拓扑结构，如锑烯和砷烯。此外，这些模型可以作为一个起点，研究电子/自旋输运和低维拓扑器件的电磁响应。
2021-02-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Crystal Symmetry and Magnetic Order in Iron Pnictides: a Tight Binding Wannier Function Analysis
为了进行电子和磁相互作用的局部轨道分析，我们构建了最近发现的铁磷属元素化物超导体LaFeAsO和比较材料LaFePO的母体化合物中Fe $3d$轨道的Wannier函数（WFs）。将条纹反铁磁有序的WF与无磁有序的WF进行比较，差异在于$d_{xy}$和$d_{xz}$（但不是$d_{yz}$）WF的显著扩展（"{ \it去}定位“），其中平行Fe自旋沿$x$方向。WF的基础上给出了一个紧密结合的第一原理，密度泛函为基础的铁衍生带的表示。比较跳跃参数，它被发现，由于条纹反铁磁性的变化，即使它是弱的，使更多的各向同性跳跃涉及自旋多数电子在Fe $3d_{xz}$（但不是$3d_{yz}$）轨道。这种变化，违反直觉，实际上加强了电子各向异性。通过比较LaFeAsO和LaFePO的WF，确定WF的差异如何与跳跃积分的差异相关，并显示磷属元素原子如何影响条纹反铁磁性，获得了进一步的见解。动能的考虑表明，轨道波动，除了自旋波动，可能有助于减少观察到的有序矩相比，计算值。
2010-07-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Choosing Tight-Binding Models for Accurate Optoelectronic Responses
该研究通过比较多种MoS₂紧束缚模型的能带与波函数，发现仅能带一致不足以精确计算光学响应，需同时确保波函数准确，以可靠预测位移电流等光电性质。
2024-09-24 cond-mat.mtrl-sci
Automated high-throughput Wannierisation
最大局域化Wannier函数（MLWF）通常用于从第一原理计算需要非常密集的布里渊区积分的先进材料特性，并为尺度桥接模拟建立精确的紧束缚模型。与此同时，高通量（HT）计算材料设计是一个新兴领域，有望加速具有目标性能的新材料的可靠和成本效益的设计和优化。在HT工作流程中使用MLWF受到以下事实的阻碍，即在没有任何用户干预的情况下自动且鲁棒地生成MLWF并且用于任意材料通常非常具有挑战性。我们直接解决这个问题，提出了一个自动生成超线程框架MLWF的过程。我们的方法是基于选定的列的密度矩阵方法（SCDM），我们提出了其实施的细节在AiiDA工作流程。我们将我们的方法应用于200块晶体材料的数据集，这些材料跨越了广泛的结构和化学空间。我们评估我们的MLWFs的带结构插值的准确性，他们提供相比，通过完整的第一性原理计算获得的带结构的质量。最后，我们提供了一个可下载的虚拟机，可用于再现本文的结果，包括所有的第一性原理和原子模拟以及计算工作流程。
2020-07-01 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
$py$GWBSE: A high throughput workflow package for GW-BSE calculations
我们开发了一个开源的Python工作流包，$py$ GWBSE执行自动化的第一性原理计算GW-BSE（Bethe-Salpeter）框架内。GW-BSE是一种基于多体微扰理论的研究材料准粒子和激子性质的方法。GW近似已被证明是有效的，通过克服更广泛使用的密度泛函理论（DFT）的带隙低估的问题，在准确地预测带隙的宽范围的材料。BSE形式主义，尽管计算昂贵，产生的吸收光谱直接与实验观察。$py$ GWBSE软件包实现了整个多步GW-BSE计算的完全自动化，包括对这些计算的准确性至关重要的几个参数的收敛测试。$py$ GWBSE与$Wannier90$集成，$Wannier90$是一种用于计算最大局部化wannier函数的程序，允许生成QP能带结构。$py$ GWBSE还可以自动创建元数据和数据的数据库，包括QP和激子特性，这对于超宽带隙半导体、电子、光电子学和MEMS领域的未来材料发现研究非常有用。
2022-10-04 cond-mat.mtrl-sci
AFLOW$π$: A minimalist approach to high-throughput ab initio calculations including the generation of tight-binding hamiltonians
紧束缚模型提供了一种概念上透明和计算效率高的方法来表示材料的电子性质。与AFLOW $π$，我们介绍了一个框架，高通量的第一性原理计算，自动生成紧密结合的汉密尔顿没有任何额外的输入。AFLOW $π$中还包含了几个附加功能，旨在简化Hubbard U校正的自洽计算、声子色散、弹性性质、复介电常数和电子输运系数的计算。作为例子，我们展示了如何计算层状氮化物中的$AM$ N $_2$家庭的光学性质，和弹性和振动性质的二元卤化物CsCl和NaCl结构。
2017-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced anomalous Nernst effects in ferromagnetic materials driven by Weyl nodes
基于高通量的第一性原理计算，我们计算了266种过渡金属基铁磁化合物的反常霍尔和反常能斯特电导率.基于对称性和Berry曲率的详细分析表明，异常Hall/Nernst电导率的奇异行为的起源可以主要归因于位于费米能附近的Weyl节点或节点线的出现，这可以通过外部刺激如双轴应变和磁场进一步定制。此外，通过自动构建Wannier函数，成功率为92%，这为使用Wannier插值进行诸如输运性质的物理性质的精确高通量评估铺平了道路
2021-05-31 cond-mat.mtrl-sci
Direct observation of the e3ffect of isotope-induced disorder on the exciton binding energy in LiHxD1-x mixed crystals
本文给出了同位素效应对Wannier-Mott激子结合能重整化的定量研究结果。
2008-07-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Comparison of band-fitting and Wannier-based model construction for WSe$_2$
过渡金属二硫属化物材料$MX_2 (M=Mo,W;X=S,Se)$由于其新颖的二维结构，具有优异的光学和输运性能而受到广泛的研究。从计算的角度来看，密度泛函理论模拟在这些系统中表现得非常好，是预测和补充实验结果的不可或缺的工具。然而，由于时间和长度尺度，即使是最有效的DFT实现可以达到今天，这种方法受到严格的限制，以处理有限的温度模拟或电子晶格耦合时，研究激发态：所需的单位细胞研究，例如，系统的热波动或大极化子将需要一个大的计算能力。多尺度技术，如最近提出的第二原理密度泛函理论，可以超越这些限制，但需要在调查中的系统的紧密结合模型的建设。在这项工作中，我们比较了两种这样的方法来构建WSe $_2$的频带。特别地，我们比较了（i）Wannier模型构建的结果与（ii）Liu及其同事的能带拟合方法，其中价带顶部和导带底部由三个对称的带建模，主要具有钨$d_{z^2}$，$d_{xy}$和$d_{x^2-y^2}$特征。我们的研究结果强调了这两种方法之间的差异，以及带拟合模型的构建如何导致高估了紧束缚表示中实空间基础的本地化。
2020-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Reduced Wannier representation for topological bands
针对拓扑能带无法用指数局域化Wannier态表示的阻碍，本文提出投影法构建约化Wannier表示，将拓扑流形分解为继承拓扑的巡游子空间和局域平庸子空间，并在Haldane和Kane-Mele模型中验证。
2025-05-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Magnetic Field Induced Weyl Semimetal from Wannier-Function-based Tight-Binding Model
外尔半金属（WSM）具有外尔节点，其中传导带和价带在不存在反转或时间反演对称（TRS）或两者的情况下相遇。在WSM中可以看到一些有趣的现象，如手征磁效应、反常霍尔电导率或能斯特效应以及独特的量子振荡。考虑到拓扑狄拉克半金属（DSM）具有由旋转对称性稳定的简并Weyl节点，即狄拉克节点，TRS破缺的WSM相可以由磁场或磁性掺杂剂从DSM驱动。本文建立了一个基于Wannier函数的紧束缚（WF-TB）模型来研究B场诱导的拓扑DSM Na $_3$ Bi中Weyl节点和节点环的形成.场沿旋转轴施加。值得注意的是，我们基于WF-TB模型的研究表明，在B场作用下，每个狄拉克节点沿着费米能级附近的旋转轴分裂成四个独立的外尔节点;两个节点具有单手征电荷（单外尔节点），两个节点具有双手征电荷（双外尔节点）。这个结果与通常认为的每个狄拉克节点分裂成两个外尔节点的观点相反。在有效模型中，双Weyl节点的存在确保了动量的非零立方项。我们进一步研究了费米弧在侧表面的化学势的函数的演变。费米弧的数目与相应的费米面陈数一致，证实了我们发现的双Weyl节点。此外，我们的研究还揭示了B场作用下费米能级以下镜像平面中节环的存在。这些节环坚持与自旋轨道耦合，在典型的节环半金属。我们的WF-TB模型可以用来计算有趣的功能所产生的Berry曲率，如异常霍尔和热导率，我们的研究结果可以应用到其他拓扑DSM一样，镉$_3$作…
2018-05-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Database of Tensorial Optical and Transport Properties of Materials From the Wannier Function Method
本文基于Wannier函数方法构建了迄今最大规模包含7301种材料的张量光学与输运性质数据库，填补了现有标量数据库的不足，为材料各向异性研究和机器学习模型开发提供支持。
2025-04-01 cond-mat.mtrl-sci
High-order and adaptive optical conductivity calculations using Wannier interpolation
本文提出一种面向 Wannier 插值 Hamiltonian 的高阶自适应布里渊区积分算法，可在亚 meV 展宽下高精度计算光电导率并自动满足误差容限。
2024-06-14 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
High-Throughput Discovery of Semimetallic Borophenes with Diverse Dirac States Via Transferable Tight-Binding Approach
School of Physics and Optoelectronics, Xiangtan University（湘潭大学物理与光电工程学院）；Hunan Provincial Key Laboratory of Computational Condensed Matter Physics and Quantum Materials Engineering（湖南省计算凝聚态物理与量子材料工程重点实验室）
开发可转移紧束缚框架结合图论和群论随机生成策略，高通量筛选522种硼烯同素异形体，发现8种新型半金属硼烯，包含I型、III型狄拉克锥、狄拉克节线及首次预测的二次节点半金属。
2026-06-02 cond-mat.mtrl-sci
Intrinsic Wannier Functions for Hamiltonian downfolding
California Institute of Technology（加州理工学院）
本研究提出本征万尼尔函数（IWF）方法用于万尼尔降折叠，经硅、石墨烯等基准测试，其降折叠能带结构质量优于标准方法，且实现简洁鲁棒，适用于材料电子结构及高通量应用。
2026-08-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.chem-ph
Maximally-localized Wannier functions for entangled energy bands
我们提出了一种方法，用于获得良好的本地化的Wannier样函数（WFs）的能量带，附加到或与其他带混合。该方法克服了通常的极大局部化WFs方法（N。Marzari和D. Vanderbilt，Phys.Rev.B56，12847（1997）），感兴趣的带应该形成一个孤立的组，由布里渊区中各处的较高和较低带的间隙隔开。由用户指定包含N个感兴趣频带的能量窗口，然后该算法通过过滤出最佳连接的N维子空间来将这些频带从窗口内的剩余频带中分离出来。这是通过最小化跨布里渊区测量子空间色散的泛函来实现的。然后通过Marzari和Vanderbilt的算法获得最优子空间的最大局部化WF。该方法，其功能作为一个后处理步骤，使用传统的电子结构代码的输出，被施加到s和d带的铜，和硅的价和低洼导带。对于低洼的近自由电子带的铜，我们发现WFs是集中在四面体的间隙网站，这表明一个替代的紧束缚参数化。
2001-08-04 cond-mat.mtrl-sci
Optimization of Ab-Initio Based Tight-Binding Models
针对复杂情况需简化电子结构模型的需求，本文受机器学习启发开发新方法，通过优化参数以少参数精准复现从头算能带结构，所得模型作用范围小、轨道少且精度高，利于紧束缚模型自动化构建及大规模材料计算。
2025-11-17 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Calculation of model Hamiltonian parameters for LaMnO_3 using maximally localized Wannier functions
基于Kohn-Sham能带结构的最大局域化Wannier函数（MLWFs）为进一步的理论分析提供了一种系统的方法来构建现实的、材料特定的紧束缚模型。在这里，我们构建MLWF的Mn e_g带在LaMnO_3中，我们监测MLWF矩阵元素的变化引起的不同的磁配置和结构扭曲。由此，我们得到的本地Jahn-Teller和Hund的规则耦合强度，跳跃幅度之间的所有最近的和更远的邻居，和相应的减少由于GdFeO_3型失真的值。通过将我们的结果与常用的锰氧化物模型哈密顿量进行比较，其中电子可以在位于每个Mn位点上的两个“e_g-样”轨道之间跳跃，我们发现这种模型最关键的限制源于忽略了潜在的Mn（d）-O（p）杂化的变化。
2009-12-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Time-dependent density-functional approach for exciton binding energies
含时密度泛函理论（TDDFT）可以精确地描述绝缘体和半导体中的光学过程，包括激子效应。从线性化的TDDFT半导体布洛赫方程的两带模型，我们推导出一个简单的形式计算激子结合能。这种形式主义导致了标准的Wannier方程的激子，具有由长程和动态交换相关（XC）效应确定的非局部有效的电子-空穴相互作用的推广。我们计算激子结合能在几个直接带隙半导体，使用交换只和模型XC内核。
2009-02-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Tunable magneto-optical properties of single-layer tin diselenide: From GW approximation to large-scale tight-binding calculations
基于第一性原理GW计算，建立了单层二硒化锡（SnSe $_2$）的参数化紧束缚（TB）模型，研究了其在外加磁场作用下的电学和光学性质.截断模型由Se位上的六个最大定域Wannier轨道导出，它精确地描述了单层SnSe $_2$在较宽能量范围内的准粒子电子态.准粒子电子态主要由最近的Wannier轨道（$t_1$ - $t_6$）之间的跳跃控制。数值计算表明，由于电子-空穴的不对称性，当外加垂直磁场时，可以得到两组朗道能级谱。朗道能级谱与能级指数和磁场呈线性关系，表现出传统半导体中二维电子气的性质。光学电导率计算表明，光学带隙非常接近GW值，并且可以通过外部磁场进行调节。我们提出的TB模型可用于进一步探索SnSe $_2$的电子，光学和输运性质，特别是在外部磁场的存在下。
2019-07-27 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
High-throughput search for magnetic topological materials using spin-orbit spillage, machine-learning and experiments
磁性拓扑绝缘体和半金属具有多种特性，使它们对包括自旋电子学和量子计算在内的应用具有吸引力，但已知的高质量候选材料很少。在这项工作中，我们使用系统的高通量密度泛函理论计算，以确定磁性拓扑材料从40000三维材料在JARVIS-DFT数据库（https：//jarvis.nist.gov/jarvisdft）。首先，我们筛选出净磁矩> 0.5 μB和自旋轨道溢出> 0.25的材料，得到25种绝缘和564种金属候选物。溢出作为一个签名的自旋轨道诱导带反转。然后，我们进行计算的Wannier电荷中心，陈数，异常霍尔电导率，表面能带结构，费米面，以确定有趣的拓扑结构特征的筛选化合物。我们还训练机器学习模型，用于预测新化合物的溢出、带隙和磁矩，以进一步加快筛选过程。我们实验合成和表征一些候选材料，以支持我们的理论预测。
2021-02-05 cond-mat.mtrl-sci
Towards high-throughput many-body perturbation theory: efficient algorithms and automated workflows
本文提出扩展高通量从头算模拟至多体微扰理论（MBPT）的自动化算法与工作流，包括GW和BSE模拟的高效收敛算法及基于Wannier函数的能带插值方案，并在半导体和金属系统中验证了其高精度与低计算负担。
2023-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Z2Pack: Numerical Implementation of Hybrid Wannier Centers for Identifying Topological Materials
对拓扑绝缘体和半金属的强烈理论和实验兴趣已经建立了能带结构拓扑作为基本材料性质。因此，识别频带拓扑已成为一个重要的，但往往具有挑战性的问题，目前没有详尽的解决方案。在这项工作中，我们编译了一系列的技术，一些以前已知的，允许解决这个问题的一个大的可能的频带拓扑结构。该方法是基于跟踪混合Wannier电荷中心计算相关的布洛赫状态，它适用于所有级别的材料建模：连续k.p模型，紧束缚模型和从头计算。我们应用该方法来计算和识别陈，Z2和晶体拓扑绝缘体，以及拓扑半金属相，使用真实的材料的例子。此外，我们提供了一个数值实现这种技术（Z2Pack软件包），非常适合高通量筛选的材料数据库的化合物与非平凡的拓扑结构。我们希望我们的工作将使研究人员能够：（a）确定实验探针的最佳拓扑材料，（b）对现有化合物进行分类，（c）揭示具有新的，尚未描述的拓扑状态的材料。
2016-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Million-atom molecular dynamics simulation by order-N electronic structure theory and parallel computation
本文利用最近发展起来的Wannier态N阶电子结构理论，介绍了紧束缚分子动力学模拟的基本原理。69，3773（2000））。一个应用程序是测试硅纳米晶体的超过百万个原子的可转移紧束缚哈密顿量。并行效率达到98.8%，是最适合并行计算的方法。在SGI Origin 3800的64个处理器的计算机系统中，$2\times 10^6$原子系统的经过时间为3.0分钟。计算结果与精确对角化的结果符合得很好，晶格常数的误差为2%，弹性常数的误差小于10%。
2003-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Influence Functional Approach to Non-Perturbative Exciton Binding Renormalization from Phonons
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）；The University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；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）；Kavli Energy NanoScience Institute（卡弗里能源纳米科学研究所）
本文基于GW近似和密度泛函微扰理论，构建了能捕捉声子如何随温度改变激子束缚能的多体哈密顿量，并通过路径积分蒙特卡洛方法非微扰地计算了极化函数。研究发现，除纵向光学模的长程偶极相互作用外，声学模的短程变形势也能显著改变电子和空穴极子的束缚能，但激子束缚能主要由光学声子耦合引起。
2026-03-23 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
What can one learn about material structure given a single first-principles calculation?
我们提取一个变量$X$从电子轨道$Ψ_{n\bf{k}}$和能量$E_{n\bf{k}}$在父高对称性结构的范围广泛的复合氧化物：钙钛矿，金红石，辉石，方石英。即使计算只在母体结构中进行，没有扭曲，我们表明，$X$决定材料的真实基态结构。我们建议使用Wannier函数来提取隐藏变量，例如$X$，用于材料结构预测和高通量方法。
2018-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Tight-Binding Models for Lone Pair, Heteroanionic Solids, and Application to Layered Oxyhalides
本文提出基于 Wannier 函数、对称性约束和轨道连接/断开分析的紧束缚建模方法，用于揭示 BiOCl、Bi$_2$YO$_4$Cl 等杂阴离子孤对电子材料的电子结构、成键作用与光稳定性。
2024-10-24 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
Two-dimensional materials from high-throughput computational exfoliation of experimentally known compounds
我们寻找新的二维材料，可以很容易地从它们的母体化合物剥离。从108423独特的，实验上已知的三维化合物，我们确定了一个子集的5619出现分层根据强大的几何和键合标准。高通量计算使用范德瓦尔斯密度泛函理论，验证实验结构数据和计算的随机相近似结合能，允许识别1825化合物，容易或潜在的剥离，包括所有通常剥离实验。特别是，1036个容易剥离的情况下-层状材料举行在一起，主要是通过分散相互作用和结合能高达$30-35$毫电子伏$\cdot\textÅ^{-2}$ -提供了丰富的新的结构原型和简单的三元化合物，和一个大的投资组合，以寻找材料的最佳性能。对于258个化合物，每个原始细胞多达6个原子，我们全面探索振动，电子，磁性和拓扑性质，特别是确定56个铁磁和反铁磁系统，包括半金属和半半导体。
2020-07-22 cond-mat.mtrl-sci
High-throughput Discovery of Topologically Non-trivial Materials using Spin-orbit Spillage
提出了一种基于自旋轨道耦合（SOC）效应引起的能带反转来识别拓扑非平凡材料的新方法。具体来说，我们比较了密度泛函理论（DFT）为基础的波函数与无自旋轨道耦合和计算的自旋轨道溢出作为带反转的措施。由于其易于计算，不需要任何对称性分析或密集k点插值，溢出是一个很好的工具，用于识别拓扑非平凡材料。在JARVIS-DFT数据库中的30000种材料中，我们将这种方法应用于超过4835种由重原子和低带隙组成的非磁性材料。我们发现了1868种具有高溢出率的候选材料（使用0.5作为阈值）。我们通过对289种候选材料进行常规的Wannier插值计算来验证我们的方法。我们证明，除了Z2拓扑绝缘体，这种筛选方法成功地确定了许多半金属和拓扑晶体绝缘体。重要的是，我们的方法适用于无序或扭曲以及磁性材料的调查，因为它不是基于对称性的考虑。我们讨论了一些单独的示例材料，以及整个数据集的趋势，这些数据集可在网站上获得：https://www.ctcms.nist.gov/~knc6/JVASP.html和https://jarvis.nist.gov/。
2019-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Excitons in Bulk and Layered Chromium Tri-Halides: From Frenkel to the Wannier-Mott Limit
在CrX $_{3}$中具有大结合能$\sim$ 2-3 eV的激子历史上被表征为从Cr-3 $d$ - $t_{2g}$和$e_{g}$轨道之间的原子$d{-}d$跃迁出现的定域（Frenkel）激子。近年来，随着在最近制造的单分子膜中发现激子的能量几乎与本体相同，这种论点越来越有说服力。拉波特规则限制了这种宇称禁止的原子跃迁，如果至少存在一种元素，则可以放松：自旋轨道耦合，奇宇称声子或Jahn-Teller畸变。虽然什么可以被归类为一个纯粹的Frenkel激子是一个问题的定义，我们使用先进的第一原理参数自由的方法，这些激子在CrX $_{3}$，在其散装和单层的变体，有带起源，并不需要放松拉波特规则作为一个基本原则。结果表明，这些激子的性质主要取决于Cr- $d$的轨道流形，而它们的出现只是由于Cr- $d$与X-p态杂化的结果.随着卤素原子变得更重，杂化增强，使得$p$态更接近序列Cl{ \textrightarrow }Br{ \textrightarrow }I中的$d$态，伴随着激子强度的增加和结合能的降低.通过施加一系列不同种类的扰动，我们表明，适度的变化，基本上修改的Cr- $d$ -X- $p$杂化的两粒子哈密顿量，可以改变激子峰的强度和位置。对几种深层激子的详细分析表明，CrCl $_{3}$中的激子最具Frenkel特征，而CrI $_{3}$中的激子具有混合…
2021-10-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.comp-ph
Band Structure of Twisted Bilayer Graphene: Emergent Symmetries, Commensurate Approximants and Wannier Obstructions
双层石墨烯在小扭转角下的能带结构的一个显著特征是在中性附近出现孤立带，其带宽在某些魔角（如，$θ\sim 1.05^\circ$）。在这一领域，相关绝缘态和超导电性已被实验观察到。对这些现象的微观描述需要对能带结构的普遍方面的理解，我们在这里讨论。首先，我们指出了涌现对称性的重要性，例如谷守恒，它们在小扭转角的限制下是极好的对称性，并决定了能带结构的定性特征。在讨论能带结构的相称近似时，有时会忽略这些，我们也在这里回顾，并巩固它们与包含所有涌现对称性的连续统理论的联系。最后，我们讨论的障碍，写下来的紧束缚模型的孤立的频带，特别是一个新的对称性为基础的诊断这些障碍，以及关系带拓扑结构和解决障碍的策略。特别地，我们构建了一个四带模型，其中两个较低的孤立带实现了扭曲双层石墨烯的单谷近平坦带的所有已识别的Wannier障碍。
2018-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Automated mixing of maximally localized Wannier functions into target manifolds
本文提出一种结合平行输运与最大局域化的算法，从完整 MLWFs 集合中自动构造仅张成特定目标子流形的正交 MLWFs，并在硅、MoS₂、SrVO₃ 及 77 种绝缘体上验证了其稳健性。
2023-06-01 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
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
Density Functional Leveraged Tight-binding Insights into Inorganic Halide Perovskites
本研究采用Wannier化紧束缚方法研究无机铅卤钙钛矿，通过阴离子交换调控带隙，构建简化可解释的TB模型，揭示不同钙钛矿的跃迁机制差异，并为提升热电性能的掺杂策略提供指导。
2025-01-11 cond-mat.mtrl-sci
Dissecting van der Waals interactions with Density Functional Theory -- Wannier-basis approach
本文提出一种基于第一性原理且与密度泛函理论相容的 Wannier 函数表示新方案，用于计算材料色散相互作用，能区分范德华与感应能量及各向异性作用，在石墨等层状材料的结合能计算上与实验数据吻合良好。
2025-01-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Design of Amine-Functionalized Materials for Direct Air Capture Using Integrated High-Throughput Calculations and Machine Learning
本研究结合机器学习与高通量原子级计算，筛选超160万个结合位点，发现近2500种新型胺功能化DAC材料，推动高效可扩展的直接空气捕获技术发展。
2024-10-17 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Compactly-supported Wannier functions and algebraic $K$-theory
在一个每个位置都有$n$轨道（单粒子态）的紧束缚晶格模型中，Wannier函数是位置的$n$ -分量向量函数，它从某个位置迅速下降，并且在某种意义上它们的集合跨越了给定能带或能带集合中的所有态;紧支撑的Wannier函数是这样的函数，它在有界区域之外消失。它们不仅出现在能带理论中，而且与非相互作用费米子系统的张量网络状态以及具有严格短程跳跃矩阵元素的平带哈密顿有关。在早期的工作中，证明了对于一般的复能带结构（向量丛）或一般的复哈密顿量--也就是哈密顿量和能带结构的十重分类中的A类--一组紧支撑的Wannier函数可以跨越向量丛，只有当丛在拓扑上是平凡的，在空间的任何维度$d$中，即使允许使用这样的函数的过完备集。这意味着，对于具有A类非平凡丛的自由费米子张量网络态，任何严格短程父哈密顿量必须是无隙的。在这里，这个结果被扩展到所有10个对称类的能带结构没有额外的晶体对称性，结果是，在一般情况下，非平凡的丛，可以产生从紧支撑的瓦尼尔型功能是那些可能拥有，在每个$d$方向，非平凡的缠绕，可以发生在同一对称类在一维，但没有别的。这些结果是从一个非常自然的使用代数$K$理论的基础上，环的多项式在$e^{\pm ik_x}$，$e^{\pm ik_y}$，。. .，其作为傅里叶变换的Wannier函数中的项出现。
2017-03-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci math-ph
TB2J: a python package for computing magnetic interaction parameters
我们提出了TB 2 J，一个Python软件包，用于自动计算磁性晶体原子之间的磁相互作用，包括交换和Dzyaloshinskiii-Moriya相互作用，从密度泛函计算的结果。该程序是基于格林函数方法与本地刚性自旋旋转作为微扰处理。作为输入，该软件包使用Wannier 90的输出，它与许多密度泛函理论软件包，或基于本地化轨道的代码接口。只需要最少的用户输入，就可以轻松集成到高通量工作流程中。该软件包在BSD 2-Clause许可下是开源的，可在https://github.com/mailhexu/TB2J上获得。
2020-09-07 cond-mat.mtrl-sci
BerryEasy: A GPU enabled python package for diagnosis of nth-order and spin-resolved topology in the presence of fields and effects
本文推出支持 GPU 的 Python 包 BerryEasy，可与 PyBinding 协同并兼容 Wannier90 模型，实现含无序、杂质超胞的 n 阶与自旋分辨拓扑诊断。
2024-06-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Advancing excited-state simulations for TADF emitters: An eXtended Tight-Binding framework for high-throughput screening and design
该研究提出一种结合扩展紧束缚、简化Tamm-Dancoff近似和简化含时密度泛函理论的计算框架，用于高效预测TADF发射体的激发态性质，实现超过99%的计算成本降低，并揭示扭转角与溶剂诱导红移的相关性，为高通量筛选和材料设计提供新途径。
2025-02-14 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph physics.optics
Faithful Tight-binding Models and Fragile Topology of Magic-angle Bilayer Graphene
在“魔角”扭曲的双层石墨烯中，当接近中性的近平带被部分填充时，已经观察到相关的绝缘体和超导电性。虽然动量空间连续模型准确地描述了这些平带，相互作用的影响更方便地纳入紧束缚模型。我们以前已经证明，没有完全对称的紧束缚模型可以是最小的，在这个意义上捕捉的平带，所以扩展的模型是不可避免的。在这里，我们介绍了一个家庭的紧束缚模型，捕捉平带，同时保留所有的对称性。特别是，我们构建了三个具体的模型，每个谷和每个自旋有五个，六个或十个带。这些模型也是忠实的，因为额外的自由度代表了远离中性的能带，它们可以作为相互作用效应受控研究的最佳起点。此外，我们的构造证明了近平坦带的“脆弱拓扑”;即，当将一组特定的平凡带添加到模型中时，可以解决构造指数局部化的Wannier函数的障碍。
2019-06-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Gauge invariance of light-matter interactions in first-principle tight-binding models
我们研究了在第一性原理紧束缚模型中引入光-物质相互作用的不同方法。描述光学性质的标准方法是速度规范，由与矢势的线性耦合定义。在有限系统中，用电场来表示电磁辐射的变换是可能的，尽管在周期系统中会出现微妙之处。由此产生的偶极规范是Peierl代换的多轨道推广。在这项工作中，我们调查的准确性，这两个途径，特别强调规范不变性，TB模型构造的最大本地化的Wannier函数。针对典型的二维材料，我们构建了第一性原理模型，并计算了线性响应和强激励下的电磁场响应。对完全收敛的第一原理计算的基准允许确定TB模型的准确性。我们发现，偶极规范提供了一个更准确的描述比速度规在所有情况下。速度计的主要缺点是顺磁和反磁电流的不完全抵消。然而，制定相应的求和规则提供了一种明确实施这种取消的方法。这一过程校正了速度计中的TB模型，与偶极规范产生了很好的一致性，从而产生了规范不变性。
2021-01-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Projectability disentanglement for accurate and automated electronic-structure Hamiltonians
针对最大局域化万尼尔函数构建依赖经验试错、阻碍高通量计算的问题，提出基于可投影性度量的自动解纠缠方法，可生成高精度万尼尔哈密顿量，经大规模材料测试验证了准确性与可靠性。
2023-07-04 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Hamiltonian transformation for accurate and efficient band structure interpolation
本文提出哈密顿量变换（HT）方法，通过局域化哈密顿量实现高精度能带插值，在纠缠能带情形下精度比WI-SCDM提升达两个数量级，且构建快速无需优化，计算效率更高。
2025-06-03 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
