Generation of ground state structures and electronic properties of ternary Al$_x$Ti$_y$Ni$_z$ clusters (x+y+z=6) with a two-stage DFT global search approach
研究了三元AlxTiyNiz团簇的结构和电子性质，其中x，y和z为整数，x + y + z = 6. SVWN和B3LYP交换相关泛函采用两阶段密度泛函理论（DFT）计算产生这些集群。在第一阶段，通过无偏全局搜索算法与使用轻交换相关函数和小基集的DFT代码相结合来生成最小能量团簇结构。在第二阶段，得到的集群结构进一步优化的另一轮全球最小化搜索与DFT计算器使用更重的交换相关功能和更昂贵的基组。结构的电子性质以三元图的形式示出。我们的DFT计算发现，团簇的稳定性增加的组成镍原子的数量。这些结果为三元合金纳米团簇的结构、稳定性、化学有序性和电子性质提供了新的认识。
2019-07-08 cond-mat.mtrl-sci
A DFT Study of the Electronic, Optical, and Mechanical Properties of a Recently Synthesized Monolayer Fullerene Network
最近合成了紧密堆积的准六方和准四方晶相的C $_{60}$分子（命名为qHPC $_{60}$）。在这里，我们使用DFT模拟研究的电子，光学和机械性能的qHPC $_{60}$单层。qHPC $_{60}$具有适度的直接电子带隙，具有各向异性的机械性能。它们的弹性模量在50和62 GPa之间。光学性质的结果表明，qHPC $_{60}$可以充当光子能量直到5.5 eV的UV收集器，因为它们呈现出低反射率和大于1的折射率。估计的光学带隙（1.5-1.6 eV）与实验值（1.6 eV）非常吻合。
2022-07-04 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of the magnetic halide double perovskites Cs2(Ag,Na)FeCl6 from first-principles
最近，磁性卤化物双钙钛矿（HDPs）家族由于其将卤化物双钙钛矿的应用领域拓宽到例如自旋电子学中的潜力而引起关注。到目前为止，这些系统的理论建模依赖于原始近似的密度泛函理论（DFT）。在本文中，我们研究了结构，电子和磁性的铁$^{3+}$的含HDPs的Cs $_2$ AgFeCl $_6$和Cs $_2$ NaFeCl $_6$使用更先进的DFT为基础的方法相结合，包括DFT+U，混合DFT和各种磁状态的处理。我们研究了DFT+U中的有效Hubbard参数U $_{eff}$和混合DFT中的混合参数$α$对电子结构和结构性质的影响。我们的研究结果揭示了一组本地化的Fe（d）的状态，是高度敏感的这些参数。Cs $_2$ AgFeCl $_6$和Cs $_2$ NaFeCl $_6$都是反铁磁体，Neel温度远低于室温，因此在与大多数应用相关的外部条件下处于顺磁（PM）状态。因此，我们研究了无序磁性对这些系统的电子结构的影响，发现虽然Cs $_2$ NaFeCl $_6$在很大程度上不受影响，但Cs $_2$ AgFeCl $_6$显示出其电子能带结构的显著重整化。
2022-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure and thermoelectric properties of CoAsSb with post-DFT approaches
我们研究了最近合成的CoAsSb的电子结构和热电性能。计算出的带隙变得更加准确，越来越复杂的电子结构的方法：广义梯度近似，混合泛函，自洽线性准粒子GW方法（LQSGW），LQSGW与简化的顶点校正。通过等同于从一个刚性移动的频带的每种方法的带隙，我们评估的贡献，热电性能超出了带隙。在这样做的时候，我们评估一个常见的做法的有效性：一个刚性的转变适用于成本较低的电子结构的方法，以获得一些更昂贵的方法的准确性。我们发现，虽然移位的塞贝克系数更接近彼此比从原来的电子结构，仍然存在差异的Goldsmid-Sharp（热电）的带隙之间的方法和从预期的电子带隙。此外，这些方法之间在温度依赖性方面仍存在一些持久差异。
2018-09-23 cond-mat.mtrl-sci
Vibrational and electronic properties of Al$_{12}$M (M=Cu, Zn) clusters: DFT calculations
本研究基于 DFT 计算分析了 Al$_{12}$M (M=Cu, Zn) 团簇的振动与电子性质，发现其倾向低自旋态，且掺杂团簇相比中性 Al$_{13}$ 具有更低的电离能和电子亲和能，同时 Al$_{12}$Cu 的杂化程度更高。
2024-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Machine-learned approximations to Density Functional Theory Hamiltonians
基于大规模密度泛函理论（DFT）的电子结构计算非常耗时，并且与系统尺寸的比例关系很差。虽然DFT的半经验近似导致计算时间相对于从头DFT减少，但创建这样的近似涉及显著的人工干预，并且对于高通量电子结构筛选计算是非常低效的。在这封信中，我们提出使用机器学习快速准确地预测DFT哈密顿量。使用合适的原子邻域和核岭回归表示，我们表明，可以实现各种材料环境的DFT哈密顿量的准确和可转移的预测。使用预测的哈密顿计算的电子透射谱比较准确，与他们的DFT同行。该方法是独立的DFT基础或所使用的材料系统的细节，可以很容易地自动化和缩放，用于预测任何感兴趣的材料系统的哈密顿量。
2016-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Structural and Electronic Properties of Amorphous Silicon and Germanium Monolayers and Nanotubes: A DFT Investigation
本研究借助DFT分子动力学模拟，探究硅、锗的单层非晶碳类似物及对应纳米管的结构与电子特性，发现其能量排序与硅烯、锗烯一致，电子行为覆盖金属到小带隙半导体，且具备合成可行性。
2024-06-19 cond-mat.mtrl-sci
Lorenz Number and Electronic Thermoelectric Figure of Merit: Thermodynamics and Direct DFT Calculations
Wiedemann-Franz定律中包含的洛伦兹数（L）表示电子载流子的两个动力学参数的比率：电子对热导率（K_el）和电导率（σ）的贡献，并且可以表示为LT=K_el/σ，其中T是温度。我们证明了Lorenz数等于两个热力学量之比：电子热容（cel）和电化学电容（cN），通过LT= cel/cN，这是一个纯热力学量，因此它可以仅根据材料的电子态密度计算。结果表明，我们的洛伦兹数的热力学公式导致：i）众所周知的索末菲值L=pi^2/3（k_B/e）^2在低温极限，ii）德鲁德值L=3/2（k_B/e）^2在高温极限与自由电子气体模型，和iii）可能高于索末菲极限的值半导体。它也表明，纯电子的热电品质因数的贡献，可以直接计算使用高通量DFT计算，而不诉诸计算更昂贵的玻尔兹曼输运理论的电子热导率和电导率。
2022-12-02 cond-mat.mtrl-sci
Thiophene-Furan oligomers: Beyond-DFT Study of Electronic and Optical Properties
噻吩类低聚物由于其独特的光电性能而成为一类重要的光伏应用有机材料。最近有人提出，将呋喃单元并入噻吩链，保持链结构，即噻吩基呋喃线性低聚物，可以改善最终材料。在这项工作中，我们提出了一个理论研究噻吩，呋喃和噻吩基呋喃短链，多达4个单元。结构和电子性质使用Hartree-Fock（HF）和密度泛函理论（DFT）计算加上超越平均场方法，特别是HF的二阶Möller-Plesset微扰理论（HF-MP2）和DFT的G 0 W 0近似的多体微扰理论（G0W0@DFT）获得。使用Bethe-Salpeter方程在G0W0@DFT数据之上计算光学性质。我们调查的属性从单体T和F的四聚体与不同的排序的单位TT，TF或FF，总是通过通常的碳原子键合。如对于均匀的寡聚噻吩链所熟知的，同样在这里对于任何TT测序，我们发现扭转角为$150^{\circ}$，而所有其他单元的测序结果是平面的，这可能与膜生产相关。我们还发现，低聚物的第一个光学跃迁达到一个有前途的阈值$\sim 3$ eV的四聚体长度，结合周围的电离势$\sim 7$ eV，这证实了这些有机化合物的光伏应用的相关性。
2021-10-28 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of CrO$_2$ probed by NMR and DFT
该研究结合 $^{53}$Cr NMR 谱与 DFT 计算，揭示 CrO$_2$ 中电四极三重峰及 Cr$^{4+}$ 轨道占据，验证双交换机制并确认所有 Cr 位点状态均一。
2023-10-13 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of short-period ZnSe/ZnTe superlattices based on DFT calculations
在本研究中，我们讨论的影响，在单层的数目的变化对超晶格（SL）（ZnSe）$n$/（ZnTe）$_n$的电子和光学性质。采用全势能线性Muffin-tin轨道（FP-LMTO）方法计算了体系的总能量，并将交换相关能应用于局域密度近似（LDA）.首先，计算结果表明，随着单层$n$数量的增加，体积模量和电子带隙的导数减小。其次，研究了高达$15$ eV的辐射能量、介电函数（$\varepsilon(ω$）、折射率（$n(ω)$）和反射率（$R(ω)$）。这些计算对于理解短周期超晶格（ZnSe）$_n$ /（ZnTe）$_n$的性质是有益的。
2022-03-26 cond-mat.mtrl-sci
Electronic properties of zigzag, armchair and their hybrid quantum dots of graphene and boron-nitride with and without substitution: A DFT study
采用自旋极化密度泛函理论对扶手椅型石墨烯量子点和氮化硼量子点进行了计算，研究了碳/氮化硼取代对这两种量子点电子性质的影响.作为考虑更现实的量子点的第一步，已经考虑了作为Z字形QD和扶手椅QD的组合的量子点。针对GQD和BNQD探索了取代对这些混合量子点的影响，并将这些结果与取代的A-G/BN-QD及其锯齿形类似物的结果进行了比较和对比。我们的工作表明，边缘替代可以发挥重要的工具，同时调整量子点的电子性质。
2014-05-19 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Properties of Various Graphene Quantum Dot Structures: an Ab Initio Study
采用密度泛函理论（DFT）和热DFT（thDFT）计算来评估各种石墨烯量子点（GQD）的能量能带结构、带隙和总能量。DFT计算使用交换相关泛函和范数守恒赝势的局域密度近似进行。我们考虑三角形和六边形的GQD与锯齿形和扶手椅边缘和1-3 nm的尺寸与数百个原子。模拟结果表明，这些量子点都是具有平坦能带结构的直接带隙半导体，适合于电子学和光电子学应用。对A和B亚晶格对称性被破坏的GQD的分析显示出退化的零能壳。使用thDFT计算进行的温度高达1400 K，我们评估的GQD的带隙和总能量的温度依赖性通过熵项和电子动能。结果表明，基态DFT计算是有效的确定GQD的电子性质，直到室温。此外，我们调整紧束缚模型的半经验参数的DFT结果在小GQD，以减少计算成本的大GQD，其中包含多达数千个原子的电子结构计算。
2021-12-17 cond-mat.mtrl-sci
Insights into the magnetocaloric effect of Gadolinium: A DFT Exploration of Structural, Electronic, and Magnetic Features in Bulk and Film configurations
本研究采用DFT计算探索钆块体与薄膜构型的结构、电子和磁性特性，深入揭示其磁卡效应的物理机制，为磁制冷技术应用提供见解。
2024-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of LaNiO$_{2}$ and CaCuO$_{2}$ from self consistent vertex corrected GW approach
用三种自洽GW方法（scGW，sc（GW+Vertex），准粒子自洽GW）研究了镍酸盐（LaNiO $_{2}$）和铜酸盐（CaCuO $_{2}$）的电子结构.在我们的研究中获得的低能量功能在许多方面类似于以前的DFT+DMFT研究中报道的功能。与DFT+DMFT的结论一致，我们发现LaNiO $_{2}$比CaCuO $_{2}$更相关。然而，包括在我们的研究中的相关效应改变的DFT费米面附近的$Γ$点不同于它在DMFT研究中报道。在我们的计算中，离费米能级几个电子伏的特征比DFT+DMFT更宽，这反映了DFT和GW方法之间的差异。我们的结果与以前的G0W0结果在定性上是一致的，但自洽性带来了定量上的差异。一般来说，相关效应被发现是足够弱的，在这两种材料，这使得人们可以使用完全从头计算的图解方法，如SC（GW+顶点），并避免与可调参数的方法（DFT+U或DFT+DMFT）。然而，不能完全排除在低能量下存在一些不能用微扰方法捕获的强关联的可能性。例如，费米面的差异应该得到解决：实验研究是必要的。
2021-06-28 cond-mat.mtrl-sci
Decoding the Electronic and Structural Fingerprints of Single-Atom Catalysts via DFT-Assisted XANES Analysis
Palacký University Olomouc（帕拉茨基大学奥洛穆茨分校）；VŠB – Technical University of Ostrava（俄斯特拉发理工大学）
本文通过DFT辅助XANES分析，揭示了铜单原子催化剂的氧化态、配位几何和水合环境，建立了XANES特征与催化剂电子和结构特性之间的联系，推动了原子级催化剂的设计。
2026-03-26 cond-mat.mtrl-sci
Directional Dependence of the Electronic and Transport Properties of 2D Monolayer Orthorhombic Diboron Dinitride (o-B2N2): DFT coupled with NEGF Study
二维纳米材料的结构和电子性质的调控为电子器件应用提供了新的研究范式。在这项工作中，第一性原理密度泛函理论为基础的方法被用来调查的结构，电子和输运性质的正交二硼二氮化物为基础的多晶型。有趣的是，与绝缘体和各向同性的六方氮化硼相比，它描绘了具有稳健的各向异性行为的低带隙半导体性质。我们还可以通过外部面内机械应变来调整半导体B2N2基结构的结构和电子性质。此外，通过采用Landauer Buttiker方法，电子传输函数和电流计算揭示了基于二硼二氮化物的多晶型物显示出稳健的量子输运性质的方向依赖性各向异性。我们已经证明了方向依赖性的电流在两个垂直的方向，我们已经观察到的电流比约61.75在0.8 V.所有这些发现，如方向依赖性各向异性的传输函数，电流电压特性，和带隙调谐，表明这种基于B2N2的单层的适用性可以是有前途的未来电子器件的应用。
2021-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Hybrid functional calculations of electronic structure and carrier densities in rare-earth monopnictides
采用密度泛函理论（DFT）方法，采用Heyd，Scuseria，和Ernzerhof（HSE 06）筛选的杂化泛函，计算了稀土磷属元素的结构参数和电子结构.我们着重于RE-V化合物，其中RE=La，Gd，Er，Lu，V=As，Sb，Bi，并分析了自旋轨道耦合和在投影缀加波方法中将RE 4 $f$电子作为价电子处理的影响。HSE 06计算的结果与DFT内的广义梯度近似（DFT-GGA）和其他以前的计算进行了比较。我们发现所有这些RE-V化合物都是半金属，在$X$点有电子袋，在$Γ$点有空穴袋。而在DFT-GGA的载流子密度显着高估，使用HSE 06计算的载流子密度是在良好的协议与现有的实验数据。
2019-11-14 cond-mat.mtrl-sci
Electronic, optical, and transport properties of alkali metal oxides (Cs2O): A DFT study
本文利用DFT结合GGA、LDA和GGA-mBJ方法研究Cs2O的电子、光学及热电性质，发现其为间接带隙p型半导体，并具有热电材料潜力。
2024-06-09 cond-mat.mtrl-sci
Study of the structural and electronic properties of the Heusler Co2FeGe alloy by DFT approach
本研究基于DFT方法与AKAI-KKR程序在GGA近似下分析了Heusler Co2FeGe合金，发现其具有磁性与金属性，磁性主要源于Co和Fe原子，是自旋电子学应用的有力候选材料。
2025-05-30 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Hartree-Fock Pseudopotential on the First-principles Electronic Structure
密度泛函理论（DFT）在处理元素的定域态时会遇到严重的困难，例如具有占据d态的过渡金属和氧。相比之下，Hartree-Fock（HF）方法可以更好地处理这种局域态。在这里，我们开发HF赝势一起使用的DFT固体。计算成本与标准DFT相当。对一系列具有不同物理性质的II-VI、III-V和IV族半导体的计算表明，含有d电子的系统的带隙明显改善，从而指出了电子理论的新方向。
2018-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure and phase stability of oxide semiconductors: Performance of dielectric-dependent hybrid functional DFT, benchmarked against $GW$ band structure calculations and experiments
我们调查的带隙，平衡结构，和相稳定性的几个大块多晶型的宽禁带氧化物半导体ZnO，TiO 2，ZrO 2，和WO 3。我们特别关注的是评估混合泛函的性能与Hartree-Fock精确交换的分数从计算的材料的电子介电常数获得。我们提供了比较标准的密度泛函理论和GW方法。我们最后分析了TiO 2到Ti 2 O3的化学还原，涉及氧化物化学计量的变化。我们表明，介电依赖的混合功能一般是良好的再现基态（晶格常数，相稳定性序列，和反应能）和激发态（光电子能隙）的属性在一个单一的，完全从头算框架。
2015-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Graphene layer on Rh(111): combined DFT, STM, and NC-AFM studies
扫描探针方法（隧道和力显微镜，STM和AFM）的同时组合是一种独特的方式来获得有关所研究表面的晶体学和电子结构的信息。在这里，我们应用这些方法伴随着最先进的密度泛函理论（DFT）计算，以阐明强波纹石墨烯/Rh（111）系统的结构和电子性质。原子分辨图像的STM和AFM模式，并与DFT的结果显示良好的理论和实验之间的协议。
2015-02-03 cond-mat.mtrl-sci
Electronic and mechanical properties of Nitrogen doped (6,1) single walled carbon nanotube (SWCNT)from first-principles DFT and Molecular Dynamics approach
本文采用第一性原理和分子动力学模拟方法对氮掺杂的（6，1）单壁碳纳米管的电子和力学性质进行了研究。沿Z字形（zz）和扶手椅（ac）方向对SWCNT进行示意性N掺杂。扶手椅掺杂被认为是平行于管轴，而锯齿形是沿着垂直于管轴的横截面。在掺杂模式（zz和ac）中，我们观察到偶数N掺杂和奇数N掺杂的电子性质的变化。为了研究力学性能，我们采用从头算MD模拟。我们报告的拉伸响应的管上的掺杂剂浓度和掺杂图案的依赖性。单一N-掺杂的系统显示出增强的拉伸应力相比，原始的单壁碳纳米管的55%。而所有N掺杂体系的杨氏模量的变化几乎不变。
2021-08-05 cond-mat.mtrl-sci
Band splitting in bilayer stanene electronic structure scrutinized via first principle DFT calculations
最近的工作，锡烯作为量子自旋霍尔绝缘体，我们研究双层锡烯使用第一性原理计算。目的是通过调节双层膜的堆积顺序（和角度）来改善和开发新的性能。这种层的堆叠已经被证明是用于调节单层材料的性质的技术。在这里，我们设计了具有不同堆叠角度以及AA和AB配置的多个双层系统。相反，观察到由于自旋轨道耦合（SOC）的带隙的改善，我们见证了由于SOC的带的分裂，堆叠的MoS2片的特征行为。带的这种分裂产生不同的、独立的和独特的自旋向上和自旋向下通道，表现出谷依赖的自旋极化。另外，作为堆叠MoS2系统的对比，我们注意到在我们的系统中堆叠角度和顺序确实影响电子态。
2019-01-23 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
Structural and electronic properties of V2O5 and their tuning by doping with 3d elements - Modelling with DFT+U method and dispersion correction
碱性离子电池的新电极材料是一个及时的话题。在众多的正极材料中，V_2O_5是最受关注的正极材料之一。虽然具有非常高的理论容量，但在实践中，其性能受到低稳定性和差导电性的阻碍。关于V2 O 5的理论描述，普通的DFT-GGA计算不能再现电子和晶体结构。当带隙被低估时，层间距被高估，因为弱色散相互作用在GGA中没有被正确描述。在这里，我们表明，DFT+U方法和半经验D2校正的组合可以弥补GGA近似的缺点，当涉及到V2 O 5的建模。与常规PBE计算相比，PBE+U+D2计算在计算量略有增加的情况下，完全再现了V2 O 5的实验禁带，而晶格参数的误差仅为百分之几。采用所提出的PBE+U+D2方法，我们研究了3d元素（从Sc到Zn）掺杂的V2 O 5。我们发现，结构和电子参数的掺杂的影响。最重要的是，掺杂后电导率有望显著增加，这对于V2 O 5在金属离子电池中的应用非常重要。
2018-04-04 cond-mat.mtrl-sci
Structural, elastic, electronic, and bonding properties of intermetallic Nb3Pt and Nb3Os compounds: a DFT study
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算，对A-15 Nb基金属间化合物Nb 3B（B = Pt，Os）的结构、弹性、电子和成键性质进行了理论研究.优化的电池参数被发现是在良好的协议与现有的实验和理论结果。计算了化合物的零温零压弹性常数，研究了化合物的各向异性行为。这两种化合物都具有机械稳定性和延展性。首次导出了Pugh比、Cauchy压力、切削性能指数等弹性参数。与Nb 3 Pt相比，预期Nb 3 O 5具有良好的润滑性能。研究了自旋-轨道耦合（SOC）前后的电子能带结构和能量密度。两种化合物的能带结构都是自旋对称的。电子能带结构和态密度表明，这两种化合物都是金属性的，其导电性主要来源于Nb的4d态。首次研究了费米面特征。Nb_3B的费米面包含空穴和电子的变化，因为一个取代Pt与Os。电子电荷密度分布表明，Nb_3Pt和Nb_3Os都有离子和共价键的混合物。用Mulliken键布居分析解释了这些化合物中原子间的电荷转移。
2017-06-11 cond-mat.mtrl-sci
DFT+U and Quantum Monte Carlo study of electronic and optical properties of AgNiO$_2$ and AgNi$_{1-x}$Co$_{x}$O$_2$ delafossite
本研究针对AgNiO$_2$基铜铁矿的强关联效应问题，采用量子蒙特卡洛模拟结合DFT对比，揭示了Co掺杂AgNi$_{1-x}$Co$_{x}$O$_2$中随浓度变化的金属-绝缘体转变与重入行为。
2023-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Machine-learning assistant DFT study of half-metallic full-Heusler alloy N2CaNa: structural, electronic, mechanical, and thermodynamics properties
University of Cross River State（克罗斯河州立大学）；National Technical University “Kharkiv Polytechnic Institute”（哈尔科夫国立理工大学）；Verkin Institute for Low Temperature Physics and Engineering of the National Academy of Sciences of Ukraine（乌克兰国家科学院低温物理与工程维尔金研究所）
通过DFT研究N2CaNa全Heusler合金的结构、电子、机械和热力学性质，发现其具有延展性和热力学稳定性，适用于自旋电子学和结构工程等应用。
2026-03-09 cond-mat.mtrl-sci
Frenkel pair formation energy for cubic Fe$_3$O$_4$ in DFT+U calculations
磁铁矿立方相中点缺陷的从头算模型面临两个问题：立方结构在低于Verwey温度时变得不稳定，并且对立方相的电子结构没有共识（如果存在带隙，应该考虑波函数的对称性类型以及如何描述强电子相关性）。在本文中，我们表明，带隙和Frenkel对形成能量的实验数据与第一性原理计算的比较，可以确定一个一致的DFT+U模型的立方Fe $_3$ O $_4$。
2022-03-24 cond-mat.mtrl-sci
Extensive Benchmarking of DFT+U Calculations for Predicting Band Gaps
准确的计算预测的带隙是具有实际意义的半导体技术，如（光）电子器件和光电化学电池的建模和发展。在现有的电子结构方法中，密度泛函理论（DFT）与应用于带边态的Hubbard U校正（DFT+U）是一种计算上易于处理的方法，以提高基于（半）局部泛函的DFT计算的带隙预测的准确性。与DFT近似不同的是，DFT+U可以被解释为近似的谱势方法，当U是通过施加关于Hubbard流形中电子占据的总能量的分段线性来确定时，DFT近似不打算描述光学带隙和其他激发态性质（因此去除该子空间中的自相互作用误差），从而为使用DFT+U来预测带隙提供（启发式）证明。然而，在文献中仍然经常通过调整其值来再现实验带隙，从而半经验地确定哈伯德U参数，这最终改变了对其他总能量特性的描述。在这里，我们提出了一个广泛的评估DFT+U带隙计算使用自洽从头计算U参数从密度泛函微扰理论施加上述分段线性的总能量。该研究对20种含有过渡金属或p区（III-IV族）元素的化合物进行了研究，包括氧化物，氮化物，硫化物，氮氧化物和硫氧化物。
2021-03-12 cond-mat.mtrl-sci
A first-principles DFT+GW study of spin-filter and spin-gapless semiconducting Heusler compounds
在赫斯勒化合物中，磁性半导体（也称为自旋过滤材料）被广泛研究，因为它们在自旋电子/磁电子器件中提供了新的功能。无自旋带隙半导体是一个特例。它们在两个自旋通道中的一个中具有零或几乎零的能隙。我们采用$GW$近似，它允许一个精心处理的电子相关性，来模拟这些材料的电子能带结构。我们的研究结果表明，在大多数情况下，使用$GW$自能，而不是通常的密度泛函是重要的，以准确地确定磁性半导体的电子性质。
2017-06-09 cond-mat.mtrl-sci
Structural and Electronic Properties of Bulk $β$(2H)-GaSe from First-Principles DFT Calculations with van der Waals Corrections
Universidad Distrital Francisco José de Caldas（弗朗西斯科·何塞·德卡尔达斯城市大学）
本文用含DFT-D2范德华修正的DFT计算体相β(2H)-GaSe的结构与电子性质，验证晶格参数与直接带隙，为二维剥离研究提供能量基线。
2026-09-10 cond-mat.mtrl-sci
Relativistic effects in the study of structure and electronic properties of UO$_2$ within DFT+U method
本研究利用第一性原理DFT+U方法，对比分析了全相对论、标量相对论和非相对论三种方案对UO2电子结构与几何性质的影响，发现标量相对论适用于大多数研究，而全相对论计算能提供更精确的自旋轨道效应分析。
2023-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Strong charge and spin fluctuations in La$_2$O$_3$Fe$_2$Se$_2$
采用密度泛函理论加$U$（DFT+ $U$）和密度泛函理论加Gutzwiller（DFT+G）变分方法研究了强关联材料La $_2$ O $_3$ Fe $_2$ Se $_2$的电子结构和磁性.用DFT+ $U$得到的这种材料的基态磁结构与最近的实验结果一致，但它的带隙被DFT+ $U$显著高估，即使具有小的Hubbard $U$值。相比之下，DFT+G方法得到的带隙为0.1 - 0.2 eV，与实验非常吻合。详细的分析表明，La $_2$ O $_3$ Fe $_2$ Se $_2$的电子和磁性受到电荷和自旋涨落的强烈影响，而这在DFT+ $U$方法中是没有的.
2015-11-30 cond-mat.mtrl-sci
DFT study of tunable electronic, magnetic, thermal, and optical properties of a Ga$_2$Si$_6$ monolayer
采用密度泛函理论研究了镓掺杂硅烯的电学、磁学、热学和光学特性。掺杂的效果进行了研究，通过调整掺杂剂浓度，以及检查不同的掺杂距离，和原子掺杂剂的相互作用，为相同的替代掺杂浓度。结果表明，Ga原子在不同浓度下改变了硅烯单分子膜的能带结构和带隙，这可以归结为Ga-Ga原子间的排斥作用。带隙由Ga-Ga原子间的相互作用强度和库仑排斥力决定，并不总是随掺杂浓度的增加而变宽。此外，我们的自旋极化DFT计算表明，这些单分子膜的行为类似于半导体，表现出对称的自旋向上和自旋向下的通道。Ga原子之间的排斥作用导致了单分子膜的对称性破缺。因此，Ga掺杂剂可以打开带隙，导致更好的热电性能，例如塞贝克系数和品质因数，以及光学响应的增加。作为我们的估计的结果，Ga掺杂的硅烯单分子膜在热电和光电子器件中可能是有利的。
2021-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Self-consistent DFT+$U$+$V$ study of oxygen vacancies in SrTiO$_3$
SrTiO $_3$（STO）中氧空位的矛盾理论结果通常与STO的特殊性质有关，STO是具有混合离子-共价键的$d^0$过渡金属氧化物。在这里，我们申请，第一次，密度泛函理论（DFT）内的扩展哈伯德DFT+ $U$ + $V$的方法，包括现场以及网站间的电子相互作用，研究缺氧STO与哈伯德$U$和$V$参数计算自洽通过密度泛函微扰理论。我们的研究结果表明，扩展的哈伯德功能是一个很有前途的方法来研究缺陷的电子性质类似的STO材料。实际上，与标准DFT或DFT+ $U$相比，DFT+ $U$ + $V$提供了化学计量STO的更好描述，带隙和晶场分裂与实验良好一致。反过来，也改善了STO中的氧空位的电子性质的描述，形成能与实验以及最常用的混合泛函得到的结果非常一致，但在一小部分的计算成本。虽然我们的研究结果没有完全解决文献中报道的矛盾结果，但我们的系统方法导致对其起源有了更深入的了解，这些起源源于不同的细胞大小，STO相，交换相关功能以及结构弛豫和自旋极化的治疗。
2020-01-24 cond-mat.mtrl-sci
A DFT based first-principles investigation of the physical properties of Bi2Te2Se topological insulator
拓扑绝缘体具有体能隙，其将最低空带与最高占据电子带分开。另一方面，拓扑绝缘体表面（或二维边缘）的电子态是无隙的，并受到时间反演对称性的保护。这样的系统是有前途的各种光电，超导，热电和量子计算相关的应用。研究了三元Bi_2Te_2Se拓扑绝缘体的弹性、力学、电学、光学性质、成键特性和电荷密度分布。所研究的化合物是机械稳定和弹性各向异性。电子能带结构计算揭示了能量色散的高度各向异性。电子有效质量在c方向上比在ab平面上高。光学常数显示出相对于入射辐射的电场的偏振的中等水平的变化。光谱与电子能带结构和电子态密度特征一致。电子能带结构和光学常数都清楚地表明了Bi2Te2Se的直接带隙为0.610 eV。研究还发现，Bi_2Te_2Se在红外和可见光区具有高的折射率和低的光子能量。它在紫外线区域具有低反射率。Bi_2Te_2Se在紫外线能量中强烈吸收光子。所有这些特性使得Bi2Te2Se适合于各种类型的光电子器件应用。
2020-05-27 cond-mat.mtrl-sci
Effects of Manganese Addition on the Electronic Structure of BaTiO$_3$
Mn用作掺杂剂以改善钙钛矿氧化物的机电性能。我们阐明了Mn缺陷和相关空位对BaTiO $_3$的电子，原子和铁电性能的作用。采用密度泛函理论（DFT）和密度泛函理论（DFT+U）研究了Mn离子在A位和B位上的平衡几何构型和电子性质。我们研究了Mn的氧化态的变化，以响应局部环境的变化，如氧空位的存在。
2014-12-23 cond-mat.mtrl-sci
Modulating the electronic and optical properties of a ternary chalcogenide CdTl2Te4 via external electric field: A DFT study
各种三元硫系化合物及其性质是目前研究的热点之一。本文采用SIESTA程序对三元硫系化合物CdTl_2Te_4的电子结构和光学性质进行了第一性原理计算研究。该化合物的结构具有四元晶系，晶胞在各个方向上都是周期性的。能带结构表明它是一种直接带隙半导体，这可以用态密度来解释。可以看出，所获得的能隙在采用垂直于xy平面的外部电场时增加，但在增加场强的幅度时不增加。计算了该化合物在面内和面外偏振光下的吸收系数、反射率、介电函数的实虚部、折射率和消光系数等光学性质，发现了面外偏振光对该化合物光学性质的调制作用，为该化合物在紫外吸收剂、太阳能电池等方面的应用开辟了新的途径。该化合物是一种窄禁带半导体，具有可调的电子和光学性质，在光电子学等领域具有潜在的应用。
2020-05-08 cond-mat.mtrl-sci
The theoretical DFT study of electronic structure of thin Si/SiO2 quantum nanodots and nanowires
采用B3 LYP/6- 31 G * 和PW PP LDA近似，用团簇和PBC方法研究了一组具有窄界面的薄（直径为1.6 nm）硅/二氧化硅量子纳米点和纳米线以及母体亚稳硅结构（直径为1.2 nm）的原子和电子结构.最小的准球形硅量子点（Si 85）的总态密度（TDOS）与体硅的TDOS有很好的对应。拉长的硅纳米点和1D纳米线证明了电子结构的金属性质。表面氧化层打开了Si/SiO2物种的TDOS中的带隙。粒子的价带顶和导带底由硅芯导出态构成。带隙的能量宽度由Si/SiO2团簇的长度决定，并表现出对纳米结构尺寸的反向依赖性。理论数据准确地描述了二氧化硅镶嵌纳米晶硅光致发光谱中的尺寸限制效应。
2007-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure and effective mass analysis of doped TiO$_2$ (anatase) systems using DFT+$U$
本文采用DFT+ $U$方法计算了几种掺杂TiO $_2$掺杂体系的电子结构。还计算了载流子的有效质量以量化掺杂剂原子如何扰动主体掺杂剂材料的能带。$U$是使用线性响应方法，而不是使用拟合程序的物理已知量的所有掺杂剂系统地计算。$d$和$f$嵌段元素（Nb、Ta、V、Mo、W、Cr、La、Cu、Co和Ce）的组合被认为是掺杂剂。根据其外层$d$或$f$电子的能量，发现掺杂剂在主体电子系统的能带结构中的不同位置形成缺陷态。一些掺杂剂如Cr、Mo等形成中间带隙态，这可能降低透明度。发现其他掺杂剂如Nb、Ta和W具有位于导带边缘附近的费米能级，表明这些系统表现出$n$型导电性。从有效质量分析，发现掺杂剂增加了载流子的有效质量和带的非抛物线性质。基于电子结构和有效质量分析，Nb，Ta和W被确定为表现出更高的透明度和导电性相比，这里考虑的其他掺杂剂。这里提出的理论结果，增加了我们的理解，并显示掺杂剂的潜力，以改变性能的TiO_2 $_2$。
2022-08-06 cond-mat.mtrl-sci
The effect of B-site alloying on the electronic and opto-electronic properties of RbPbI3: A DFT study
具有增强的性能、高稳定性和降低的毒性的二价阳离子混合卤化铅钙钛矿是在钙钛矿太阳能电池中取得持续进展所必需的。然而，混合策略在寻找铅减少的结构中没有广泛报道。本文采用密度泛函理论研究了B位与Sn和Ge合金化的RbPb{1-x} MxI 3（其中M={Sn，Ge}，x={0.25，0.50，0.75}）的结构、电子和光学性质.估计了所有RbPb{1-x} MxI 3（x= 0.25，0.50，0.75）的形成焓，这证实了所有结构的稳定性。对能带隙和态密度进行了深入的研究。禁带宽度随Sn/Ge含量的增加而减小，在RbPb{1-x} GexI 3体系中，当x = 0.50时禁带宽度最小，为1.850 eV。此外，激子的有效质量和结合能和光谱极限最大效率（SLME）也估计所有的混合系统。观察到激子类型从Mott-Wannier到Frenkel类型的变化与在B-位的Sn和Ge的含量的增加。使用含有Sn/Ge和Pb的相等混合物的活性层实现23%的最大效率。这两个混合系统的参数估计与现有文献的类似类型是一致的。
2022-01-28 cond-mat.mtrl-sci
Spectroscopic and DFT studies of graphene intercalation systems on metals
在金属上的石墨烯下插入不同物种是定制这些系统的电子性质的有效方法。在这里，我们提出了金属（铜）和气态（氧）样品下的Ir（111）和Ru（0001），分别石墨烯的成功嵌入，允许改变石墨烯的电荷状态，以及大幅修改其电子结构附近的费米能级。我们采用ARPES和STS光谱方法与最先进的DFT计算相结合，以说明如何在宏观和纳米尺度实验中研究石墨烯衍生态的能量色散。
2016-11-22 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of Co doped ZnO from the \textit{GW} perspective
在过渡金属掺杂的ZnO中，掺杂剂3 $d$态相对于主体导带和价带的能量位置在决定长程铁磁性的可能性方面是至关重要的。基于密度泛函理论的Co-3 $d$态在Co掺杂ZnO中的能量位置的估计根据交换相关泛函的选择而显著不同。在这项工作中，我们调查多体$GW$的DFT $+U$和混合DFT基态的顶部上的修正，以提供一个理论基准的准粒子能量在纤锌矿ZnO：Co.两个Single Shot $G_0W_0$以及部分自洽的$GW_0$，其中波函数被固定在DFT水平，但在G中的本征值被迭代，被认为是。少数自旋Co- $t_2$态的预测能量位置比ZnO导带最小值高3.0-3.6 eV，这更接近基于混合DFT的估计。
2013-05-25 cond-mat.mtrl-sci
Design of L2_1-type antiferromagnetic semiconducting full-Heusler compounds: A first principles DFT+GW study
反铁磁自旋电子学是一个不断发展的研究领域。采用标准密度泛函理论和$GW$近似下的FLAPW方法的框架内，我们研究了7个潜在的反铁磁半导体Heusler化合物的电子和磁性与18（或28时，Zn是本）的每单位电池的价电子。我们发现，在这些化合物中，G型反铁磁性是基态，它们都是半导体（Cr $_2$ ScP，Cr $_2$ TiZn，V $_2$ ScP，V $_2$ TiSi和V $_3$ Al）或半金属（Mn $_2$ MgZn和Mn $_2$ NaAl）。相对于标准电子结构计算，多体修正对电子能带结构的影响最小。
2017-01-20 cond-mat.mtrl-sci
Adsorption of NO2 on WSe2: DFT and photoelectron spectroscopy studies
利用光电子能谱学研究了WSe 2在室温和低温下吸附NO2-时的电子结构变化。我们发现只有温和的变化，电子结构，这是表现为向上移动的WSe 2相关的频带较小的结合能。所观察到的效果进行建模内的密度泛函理论的方法，其中推导出的WSe 2的表面上的气体分子的弱吸附能。所获得的实验数据被解释为一个价带极化效应，这会导致其能量转移依赖于吸附几何形状和形成的偶极矩。
2016-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Enhancement of DFT-calculations at Petascale: Nuclear Magnetic Resonance, Hybrid Density Functional Theory and Car-Parrinello calculations
基于密度泛函理论（DFT）及其扩展的方法是研究材料电子性质最有前途的方法之一。DFT在传统的固体物理问题中得到了广泛的应用，其中周期性和对称性在减少计算量方面起着至关重要的作用。随着计算能力的提高和DFT方法的改进，其潜在应用范围现在包括化学和生物学等其他科学领域。然而，传统的固体物理学、化学和生物学的交叉学科组合在降低系统的周期性和对称性的同时，大大提高了系统的复杂性。为了模拟这类物理系统，需要包含数百甚至数千个原子的大型模拟单元。即使使用现代超级计算机，这些系统的处理仍然是一个计算挑战。在本文中，我们描述了我们的工作，以提高量子ESTEMO \cite{Quantum-Espresso}的可扩展性，用于治疗非常大的细胞和大量的电子。为此，我们在\emph{\emph{electronic bands}}上引入了额外的并行级别，在三个内核中解决计算昂贵的问题：Sternheimer方程求解器（核磁共振，QE-GIPAW包），Fock算子构建器（电子基态，PWSCF包）和大多数Car-Parrinello例程（Car-Parrinello动力学，CP包）。最终的基准测试表明，我们成功地计算了一个大型生物组件的核磁响应（NMR）化学位移，混合交换相关泛函的缺陷无定形二氧化硅的电子结构和平衡的原子结构的高度卟啉锚定到碳纳米管，在成千上万的CPU内核。
2013-05-31 cond-mat.mtrl-sci
Physical properties of niobium based intermetallics (Nb3B; B = Os, Pt, Au): a DFT based ab-initio study
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算，研究了A-15型Nb基金属间化合物Nb 3B（B = Os，Pt，Au）的结构、弹性和电子能带结构.所有这些都与以前的报告非常一致。更重要的是，电子键合，电荷密度分布和费米面的功能已经详细研究了第一次。还研究了这些化合物的维氏硬度。Nb 3B的费米面包含空穴和电子片，其特征随着从Os到Au的移动而系统地变化。电子电荷密度分布意味着Nb 3 O 5、Nb 3 Pt和Nb 3Au具有离子键和共价键的混合物，具有实质性的金属贡献。通过Mulliken键布居分析和Hirshfeld布居分析解释了这些化合物中原子种类之间的电荷转移。成键性质与费米能级附近的电子能带结构导出的电子态密度（DOS）有很好的对应关系。由弹性常数估算了Nb_3B（B = Os，Pt，Au）的德拜温度，并表明德拜温度随B原子种类的变化而有系统的变化。我们在本文中详细讨论了本研究结果的意义。
2018-06-08 cond-mat.mtrl-sci
Structural, electronic and optical properties of tetrahedral $Si_xGe_{47-x}:H_{60}$ nanocrystals: A Density Functional study
通过密度泛函理论（DFT）计算，研究了混合SiGe：H量子点的结构、内聚、电子和光学性质，并对具有代表性的$Si_xGe_{47-x}:H_{60}$形式的中等尺寸纳米颗粒进行了研究。计算是在Becke，Lee，Parr和Yang的混合非局域交换相关泛函（B3 LYP）框架下进行的。除了基态的DFT/B3 LYP值外，我们还基于含时DFT（TDDFT/B3 LYP）计算得到了自旋和对称性允许的最低电子跃迁的可靠结果。结果表明，光学带隙不仅取决于硅、锗和氢的相对浓度，还取决于硅和锗壳层相对于晶体表面的相对位置。这对于允许可能的电子和光学间隙工程的结构、内聚和电子性质也是如此。此外，它被发现的情况下，与纯Ge或Si核的纳米粒子，光学性能主要是由纳米粒子的Ge部分，而硅似乎作为钝化剂。
2007-10-01 cond-mat.mtrl-sci
BN Doping in the Realm of Two-Dimensional Fullerene Network for Unparalleled Structural, Electronic, Optical, and HER Advancements: A Cutting-Edge DFT Investigation
本研究利用含vdW作用的PBE与HSE密度泛函理论，分析BN掺杂二维富勒烯网络的结构、电子、光学及输运性质，证明单对BN掺杂可调控带隙并实现高温超高电导率。
2023-08-15 cond-mat.mtrl-sci
Investigations of the Effects of Pressure on the Structural and Electronic Properties of Co$_2$VZ (Z = Al, Be) Full Heusler Alloy: A Comparative Study Using DFT
本文利用WIEN2K程序结合WC-GGA和mBJ交换关联势，系统研究了0-30 GPa压力下Co₂VZ（Z=Al, Be）全赫斯勒合金的结构、磁性与电子性质，发现无结构相变，并揭示了带隙随压力变化的斜率差异源于介电常数与量子限域效应的竞争。
2024-06-09 cond-mat.mtrl-sci
DFT study of structural, electronic and optical properties of 2D MgO monolayer under bi-axial mechanical strain
本文基于第一性原理计算，研究了双轴机械应变下二维MgO单层的结构、电子和光学性质，发现其保持间接带隙半导体特性并准确定量了各项光学参数。
2024-05-30 cond-mat.mtrl-sci
