Maximally-localized Wannier functions in perovskites: Cubic BaTiO3
周期性结晶固体的电子基态通常用扩展的布洛赫轨道来描述;也可以用定域的瓦尼尔函数。这两种表示由酉变换族连接，具有很大程度的任意性。我们已经开发了一个本地化算法，允许一个迭代变换的扩展布洛赫轨道的第一性原理计算到一个独特的一组最大本地化的Wannier函数。我们在这里应用这种形式主义的情况下，立方钛酸钡。目的有两个。首先，一个本地化的轨道图片允许一个有意义的频带分解的整个布洛赫带复杂的。在钙钛矿中，这些Wannier函数集中在原子位置上，并清楚地显示s，p，d或混合字符。其次，由于Wannier函数的中心将极化场映射到局部点电荷上，因此基态介电性质变得容易获得。我们研究了BaTiO_3顺电相的玻恩有效电荷。我们不仅能够识别来自一组给定的频带的贡献，而且还能够识别来自组成这些组中的每一个的“原子”Wannier函数的单独贡献。
1998-02-19 cond-mat.mtrl-sci
Maximally localized Wannier functions: Theory and applications
周期系统的电子基态通常用扩展的布洛赫轨道来描述，但格雷戈里·瓦尼尔在1937年引入了另一种用局域化的“瓦尼尔函数”来表示的方法。布洛赫表示和瓦尼尔表示之间的联系是通过酉矩阵的连续空间中的变换族来实现的，具有很大的任意性。自1997年以来，已经开发了允许迭代地将第一性原理计算的扩展布洛赫轨道转换为一组唯一的最大定域Wannier函数的方法，实现了构建定域分子轨道的固态等价物，或如先前从化学文献中已知的“Boys轨道”。这些发展在这里进行审查，并提出了这些方法的应用调查。后者包括它们在分析化学键的性质中的用途的描述，或作为与电极化的强度和轨道磁化有关的现象的局部探针。Wannier插值方案也进行了审查，通过该方案，在粗倒易空间网格上计算的量可以用于以低成本插值到更精细的网格上，并讨论了Wannier函数用作有效基函数的应用。最后，电子结构理论的背景下，包括声子激发，光子晶体和冷原子光晶格的情况下，提出了建设和使用的Wannier函数。
2012-05-12 cond-mat.mtrl-sci
Reliable methods for seamless stitching of tight-binding models based on maximally localized Wannier functions
最大局域化Wannier函数是局域化的正交函数，由于每个轨道的尺寸很小，它可以以较低的计算成本准确地表示周期系统的给定布洛赫本征态。基于从不同系统获得的最大局部化Wannier函数的紧束缚模型通常被组合以构建诸如半无限表面的大系统的紧束缚模型。然而，在不同系统的重叠区域中对应的最大局域化Wannier函数是不相同的，并且这种差异可以将严重的伪像引入到组合紧束缚模型中。在这里，我们提出了两种方法来无缝缝合两个不同的紧绑定模型，共享一些共同的基础功能。首先，我们介绍了一个简单而有效的方法：（i）在属于两个紧束缚模型的重叠区域中找到最佳匹配的最大定域Wannier函数对，（ii）旋转两个相应的Wannier函数的自旋方向，使它们彼此平行，（iii）使它们的总相位相等。其次，我们提出了一个更准确和普遍适用的方法的基础上迭代最小化的哈密顿矩阵元素之间的差异重叠区域。我们证明了我们的方法，通过将它们应用到金刚石，GeTe，Bi $_2$ Se $_3$，和TaAs的表面。我们的方法可以很容易地用于构建可靠的紧结合模型的表面，界面和缺陷。
2019-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Linear scaling calculation of maximally-localized Wannier functions with atomic basis set
我们发展了一个线性标度算法，用于计算最大定域Wannier函数（MLWF）使用原子轨道基。通过O（N）的基态计算得到了密度矩阵（DM）。通过DM到原子轨道的投影和随后的O（N）正交化，我们得到初始正交局域轨道。这些轨道可以通过简单的Jacobi扫描在线性标度中最大限度地局部化。我们的O（N）方法是通过将其应用到水分子和纤锌矿氧化锌进行验证。通过计算氮化硼纳米管的MLWF，证明了新方法的线性标度行为。
2006-05-02 cond-mat.mtrl-sci
Maximally-localized generalized Wannier functions for composite energy bands
本文讨论了一种确定晶体中与一组布洛赫带有关的广义Wannier函数的最优局部化集的方法。所谓“广义Wannier函数”，我们指的是一组局域化的正交轨道，它们与特定的Bloch带集跨越相同的空间。虽然我们最小化了一个表示实空间中Wannier函数的总扩展和_n [ <r^2>_n -<r>_n^2 ]的泛函，但我们的方法直接从表示在k点网格上的Bloch函数出发，并在描述每个k点处Bloch带之间旋转的酉矩阵U_mn^k的空间中进行最小化。因此，该方法适合于与传统的电子结构代码结合使用。该过程还返回总电极化的强度以及每个Wannier中心的位置。样品结果硅，砷化镓，分子C2 H4，和氯化锂将提交。
1997-07-14 cond-mat.mtrl-sci
Maximally Localized Wannier Functions within the FLAPW formalism
我们报告的实施Wannier函数（WFs）形式主义内的全电位线性增广平面波方法（FLAPW），适用于散装，薄膜和一维几何形状。实施的细节，以及金属SrVO 3，铁电钛酸钡生长在SrTiO 3，共价键合的石墨烯和一维Pt链的结果给出。我们讨论了SrVO 3和铂的情况下，自旋-轨道耦合对Wannier函数的影响。讨论了工作函数对局部试验轨道选择的依赖性以及最大局部工作函数和“第一猜测”工作函数之间的差异。我们的研究结果SrVO 3和钛酸钡，例如钛酸钡的铁电极化，比较其他地方发表的结果，发现是非常一致的。
2008-06-19 cond-mat.mtrl-sci
Van der Waals Interactions in Density Functional Theory by combining the Quantum Harmonic Oscillator-model with Localized Wannier Functions
将量子谐振子模型与最大定域Wannier函数技术相结合，提出了一种在近似的密度泛函理论（DFT）中包含vanderWaals（vdW）相互作用的新方案.相对于最近开发的DFT/vdW-WF 2方法，也是基于Wannier函数，新的方法是更一般的，不再局限于良好分离的相互作用片段的情况下。此外，它包括更高的成对的能量贡献，来自量子振荡器之间的偶极-偶极耦合。该方法成功地应用于流行的S22分子数据库，也扩展系统，即石墨和H $_2$吸附在Cu（111）金属表面（在这种情况下，金属屏蔽效应考虑在内）。并与其他vdw校正DFT方案的结果进行了比较。
2013-05-30 cond-mat.mtrl-sci
Wannier Function Perturbation Theory: Localized Representation and Interpolation of Wavefunction Perturbation
由于近视原理，固体的低能电子结构可以用局域态来表示，如Wannier函数。Wannier函数正被积极地应用于凝聚态系统中的各种现象。然而，基于Wannier函数的表示仅限于少量的频带，因此无法描述由于各种扰动而引起的波函数的变化，这需要在无限多个频带上求和。在这里，我们介绍的Wannier函数扰动的概念，它提供了一个本地化的表示波函数扰动。Wannier函数微扰理论允许有效地计算涉及波函数微扰的大量量，其中我们提供了三个应用。首先，我们计算了硅在吸收边附近的温度依赖的间接光学吸收谱，即，区分声子吸收和声子发射过程，并且没有任意的依赖于温度的能量变化。第二，我们建立了一个理论来计算没有带截断误差的位移自旋电导率。与位移电荷电导率不同，位移自旋电导率的精确计算在传统的Wannier函数方法中是不可能的，因为它不能从低能带的几何量中获得。我们将理论应用于单层WTe $_2$。第三，我们再次计算了相同材料的自旋霍尔电导率，没有任何带截断误差。Wannier函数微扰论是一种通用的方法，可以很容易地应用于计算与各种微扰有关的各种量。
2021-12-20 cond-mat.mtrl-sci
Orbitally-Resolved Mechanical Properties of Solids from Maximally Localized Wannier Functions
Cornell University（康奈尔大学）
提出一种将半局域DFT总能量分解到局域Wannier基电子态的技术，揭示了PbTiO$_3$弹性异常中顶端氧原子轨道的关键作用，为材料力学性质的化学起源提供新见解。
2025-10-13 cond-mat.mtrl-sci
Band Structure and Quantum Conductance of Nanostructures from Maximally-Localized Wannier Functions: The Case of Functionalized Carbon Nanotubes
我们结合了大规模的，$Γ$点电子结构计算的最大局域化的Wannier函数的方法，有效地计算能带结构和量子电导的复杂系统包含数千个原子，同时保持完整的第一性原理的准确性。我们已经应用这种方法来研究金属单壁碳纳米管的共价官能化。我们发现，周围的费米能的能带结构是少得多的依赖于配体的化学性质比上的$sp^3$功能化模式破坏共轭网络。当与饱和氢配对时，常见的芳基官能化更稳定;即使配对时，它们仍然充当强散射中心，降低已经在低覆盖度下的纳米管的弹道电导。
2005-07-04 cond-mat.mtrl-sci
Maximally localized Wannier functions within the (L)APW+LO method
我们提出了一个强大的算法，计算（最大本地化）Wannier函数（WFs），而不需要提供一个初始的猜测。相反，一个合适的起始点是从所谓的局部轨道自动构建的，局部轨道是（线性化）增广平面波方法中基组的基本构建块。我们的方法适用于各种各样的材料，如金属，散装和低维半导体，以及复杂的无机-有机混合界面。对于电子单粒子能量的插值，可以很容易地实现meV范围内的精度。我们通过计算铝的联合态密度、各种半导体中的（广义）Kohn-Sham和准粒子能带结构以及$β$ -Ga $_2$ O $_3$的电子结构（包括电子和空穴有效质量）来验证我们方法的能力。
2019-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Wien2wannier: From linearized augmented plane waves to maximally localized Wannier functions
本文给出了全势线性化增广平面波程序包Wien2k与Wannier90程序之间的接口实现，用于构造最大定域Wannier函数。提供了FORTRAN代码和文档，并讨论了SrVO $_3$、Sr $_2$ IrO $_4$（包括自旋轨道耦合）、LaFeAsO和FeSb $_2$的结果。
2010-04-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
EPW: Electron-phonon coupling, transport and superconducting properties using maximally localized Wannier functions
EPW（Electron-Phonon coupling using Wannier functions）软件是一个使用密度泛函微扰理论和最大局域化Wannier函数的Fortran 90代码，用于准确有效地计算固体中的电子-声子耦合和相关性质。EPW v4程序可用于计算Migdal-Eliashberg理论中的电子和声子自能、线宽、电子-声子散射率、电子-声子耦合强度、输运谱函数、电子速度、电阻率、各向异性超导带隙和谱函数。该代码现在支持自旋轨道耦合、非中心对称晶体中的时间反演对称性、极性材料以及$\mathbf{k}$和$\mathbf{q}$点并行化。在优化和并行化方面投入了大量的精力，相对于以前的版本，实现了几乎十倍的加速。一个计算机测试农场的实施，以确保最流行的编译器和架构上的代码的稳定性和可移植性。自2016年4月以来，EPW代码的第4版完全集成在Quantum ESTO包中并与之一起分发，可以通过http://qe-forge.org/gf/project/q-e上的QE-forge下载。
2016-07-17 cond-mat.mtrl-sci
Intersublattice magnetocrystalline anisotropy using a realistic tight-binding method based on maximally localized Wannier functions
利用基于最大局域Wannier函数的紧束缚哈密顿量，研究了$L1_0$过渡金属化合物的双离子磁晶各向异性能. MAE的贡献，从整个布里渊区获得使用磁力定理计算与微扰理论。两种方法的结果一致，都反映了费米面的特征。利用格林函数方法计算了子晶格内和子晶格间对MAE的贡献。我们发现，子晶格间的贡献的符号不同的化合物，其幅度可能是显着的，这表明MAE不能准确地解决在一个单一的离子的方式。利用密度泛函理论对自旋轨道耦合强度进行标度，进一步验证了上述结果.总体而言，这种现实的紧约束方法提供了一种有效的方法来评估和分析MAE，同时保留相应的第一性原理方法的准确性。
2019-02-21 cond-mat.mtrl-sci
Maximally-localized Wannier Functions in Antiferromagnetic MnO within the FLAPW Formalism
我们计算了MnO在反铁磁菱面体晶胞中的最大局域化Wannier函数，其中包含两个公式单元。在LSD和LSD+U两种格式下，用线性化缀加平面波方法得到了电子Bloch函数。在纯离子图中，最上面的13个自旋上带对应于Mn_1（自旋上）位的5个Mn 3d轨道和O_1和O_2位的4个O 2s/2 p轨道。最大定域确定了每个O的唯一四个Wannier函数，它们是三角扭曲的类sp^3轨道。它们显示出Mn_2的2s/2 p态和少数自旋d态之间的弱共价键，这在全离子图像中是不存在的。这种键合是负责AFM排序的相互作用的指纹，其强度取决于所使用的单电子方案。这五个Mn Wannier函数都是以Mn_1位为中心的，是由晶场修正的原子轨道。它们不是由最大定域准则唯一定义的，我们选择它们作为对角化r^2算子的线性组合，使它们显示Mn_1位的D_3d对称性。
2002-03-09 cond-mat.mtrl-sci
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
Shaping Maximally Localized Wannier Functions via Discrete Adiabatic Transport
Kwansei Gakuin University（关西学院大学）；National Institute for Materials Science（物质材料研究机构）
本文提出一种非变分构造算法，通过离散绝热传输统一了规范平滑与投影位置算子的本征值问题，实现了沃里纳函数的确定性构建。
2026-05-14 cond-mat.mtrl-sci
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
Maximally localized Wannier functions from PAW or ultrasoft pseudopotentials
我们报告了一个理论方案，使计算最大本地化的Wannier函数的投影增广波（PAW）的形式主义，其中还包括超软赝势（USPP）的方法。我们给出了一个基本的形式主义的描述，并明确地写所有所需的矩阵元素的PAW/USPP理论的共同成分。我们报告的实施方法的形式适合接受输入电子结构从USPP平面波DFT模拟。我们应用该方法计算的Wannier函数，偶极矩和自发极化的测试情况下的范围。与正常保存赝势的比较报告为基准。
2006-03-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Maximally-localized Wannier functions for GW quasiparticles
我们回顾了多体微扰理论的自洽GW近似和从能带群生成最优局域化Wannier函数的形式。我们表明，准粒子布洛赫波函数，从这样的GW计算可以在这个Wannier框架内使用。这些Wannier函数可以用来插值的多体能带结构从粗网格上的布里渊区点，它是已知的，从初始计算到通常的对称线，我们证明了这一过程是准确和有效的自洽GW能带结构。这些Wannier函数与化学界讨论的键轨道的相似性使我们预期密度泛函和多体函数之间的差异可以定性解释。然而，在所研究的案例中，差异被证明是微乎其微的。给出了SrTiO_3和固体氩的详细结果。
2008-10-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
EPW: A program for calculating the electron-phonon coupling using maximally localized Wannier functions
EPW（Electron-Phonon coupling using Wannier functions）是一个用FORTRAN 90语言编写的程序，用于计算周期系统中的电子-声子耦合，该程序使用密度泛函微扰理论和最大局域Wannier函数。EPW可以计算电子-声子相互作用自能、电子-声子谱函数、总的以及模式分辨的电子-声子耦合强度。电子-声子耦合的计算需要对整个布里渊区的电子-声子散射过程进行非常精确的采样，因此可靠的计算可能非常耗时。EPW将Kohn-Sham电子本征态和由Quantum-ESTEMO包[1]提供的振动本征模与由wannier 90包[2]提供的最大局域化Wannier函数相结合，以便使用广义傅立叶插值在任意密集的布里渊区网格上生成电子-声子矩阵元。EPW的这一特性使得对电子-声子耦合的计算快速而准确，并使得对大型和复杂系统中的电子-声子耦合的研究成为可能。
2010-05-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Maximally-Localized Exciton Wannier Functions for Solids
本文提出固体中布洛赫激子的最大局域化瓦尼尔函数表示，以LiF为例验证了其在实空间局域化、布里渊区任意动量插值及长程偶极耦合处理中的有效性，为激子紧束缚建模和激子性质后处理奠定基础。
2023-08-06 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Automated Workflow for Non-Empirical Wannier-Localized Optimal Tuning of Range-Separated Hybrid Functionals
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）；Université catholique de Louvain (UCLouvain)（天主教鲁汶大学）；Matgenix SRL（Matgenix有限责任公司）；Weizmann Institute of Science（魏茨曼科学研究所）；University of Massachusetts Amherst（马萨诸塞大学阿默斯特分校）；Kavli Energy NanoScience Institute at Berkeley（加州大学伯克利分校卡弗里能源纳米科学研究所）
提出一种生成非经验WOT-SRSH泛函的自动化工作流，通过新搜索算法仅需少量计算即可高效确定参数，在23种材料上实现高精度，推动了该泛函在材料光谱与光电性质计算中的广泛应用。
2025-11-03 cond-mat.mtrl-sci
Optimally Localized Wannier Functions for 2D Chern Insulators
针对二维陈绝缘体最优局域Wannier函数因二阶矩无穷而无法构建的难题，研究者借助静电能类比正则化发散方差，得到单带情形的解析解，经数值验证并可用于电极化计算。
2024-04-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Robust determination of maximally-localized Wannier functions
提出了一种确定最大局部化Wannier函数的算法。该算法，基于最近的理论发展，不需要任何物理输入，如初始猜测的Wannier函数，不像流行的计划的基础上的投影方法。我们讨论了如何投影方法可以失败的细网格时，最初的猜测是太远的MLWF。我们证明，我们的算法是能够找到本地化的Wannier功能，通过测试二维系统，半导体的简化模型，和现实的DFT系统接口与Wannier 90代码。我们还测试了我们的算法的Halcantine和凯恩-梅勒模型，以研究它是如何失败的拓扑障碍的存在。
2017-01-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci math-ph
Efficient construction of maximally localized photonic Wannier functions: locality criterion and initial conditions
Wannier函数展开非常适合于描述基于光子晶体的缺陷结构，但是通过优化Bloch模的相位自由度来构造最大局域化的Wannier函数对于该方法的效率至关重要。我们系统地分析了二维正方形和三角形晶格光子晶体中最大局域化Wannier函数的不同局域性准则，采用（局部）共轭梯度以及（全局）基于遗传算法的随机方法。除了常用的二阶矩（SM）局部性测度，我们引入了一个新的局部性测度，即积分模（IM）的Wannier函数。我们数值计算表明，相比SM标准，IM标准导致一个单一的极值优化问题，从而允许快速和有效地建设最大本地化的Wannier函数使用局部优化技术。我们还提出了一个解析公式的初始选择的布洛赫阶段，在一定条件下代表的IM标准的全局最大值，从而进一步提高了优化效率在一般情况下。
2011-03-31 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph physics.optics
Electronic and Optical Excitations in van der Waals Materials from a Non-Empirical Wannier-Localized Optimally-Tuned Screened Range-Separated Hybrid Functional
本文提出适用于范德华材料的非经验WOT-SRSH方法，实现单层与块体间参数迁移，并在黑磷、二硫化钼和六方氮化硼上验证了其在能带结构和光学吸收光谱预测中接近实验与MBPT计算的精度。
2024-05-01 cond-mat.mtrl-sci
Strain effect on quantum conductance of graphene nanoribbons from maximally localized Wannier functions
采用密度泛函方法研究了应变对石墨烯纳米带（GNR）电子能带结构和输运性质的影响.我们在x（最近邻）和y（第二最近邻）方向上施加单轴应变，分别与锯齿形和扶手椅形边缘GNR（AGNR和ZGNR）的变形有关。我们用Wannier函数计算了GNR在-8%到+8%应变范围内的量子电导率和能带结构。随着应变的增加，取决于AGNR家族类型，电导率从绝缘体变为导体。这伴随着电子和空穴有效质量的变化。ZGNR中的压缩x方向应变使一些带移动到费米能级（Ef）以下，并且量子电导没有改变，但是拉伸x方向应变导致量子电导增加到Ef附近的10 e2/h。对于横向，它是非常敏感的应变和拉伸y方向的应变引起的电导增加，而压缩y方向的应变的电导降低，但随后增加。
2010-06-24 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
Semi-automated estimation of hydrogenic initial states for localized Wannier functions
Tohoku University（东北大学）；University of Tokyo（东京大学）
本文提出半自动方法估计氢原子初始态以构建Wannier函数，适用于复杂材料的高通量计算。
2025-12-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
First-principles calculations for ferroelectrics at constant polarization using generalized Wannier functions
局域化的Wannier函数提供了一个有效和直观的框架来计算电极化的强度从第一性原理。它们也可以用来表示固定电场下的电子系统和测定绝缘材料的介电性能。在这里，我们开发了一个基于Wannier函数的形式主义执行第一性原理计算在固定的偏振。这种方法允许提取晶体的极化能量景观，从而支持极性材料的理论研究。为了便于计算，我们实现了一个准牛顿方法，同时放宽内部坐标和调整电场在固定的极化晶体。应用该方法研究了四元相$\mathrm{BaTiO_3}$和$\mathrm{PbTiO_3}$的铁电行为。驱动这两种化合物的铁电性的物理过程进行检查感谢本地化的轨道图片所提供的Wannier函数。因此，在铁电畸变下的化学键的变化可以被准确地可视化。突出了$\mathrm{BaTiO_3}$和$\mathrm{PbTiO_3}$的铁电性质的差异。这可以追溯到它们的电子结构的特殊性。
2020-01-27 cond-mat.mtrl-sci
Calculating dispersion interactions using maximally-localized Wannier functions
我们研究了最近开发的方法[P. L。Silvestrelli，Phys. Rev. Lett. 100，053002（2008）; J.Phys.Chem.A113，5224（2009）]，其使用最大局域化的Wannier函数来评估范德华对用密度泛函理论计算的系统的总能量的贡献。我们测试了一组原子和分子二聚体的复杂性不断增加（氩，甲烷，乙烯，苯，酞菁，和铜酞菁），并证明该方法，如最初提出的，有一些缺点，妨碍其预测能力。为了克服这些问题，我们已经开发和实施了一些改进的方法，并表明这些修改引起计算的结合能和平衡几何形状，更接近量子化学耦合簇计算的结果。
2012-06-11 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
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
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
Resolving Contradictory Estimates of Band Gaps of Bulk PdSe$_2$: A Wannier-Localized Optimally-Tuned Screened Range-Separated Hybrid Density Functional Theory Study
本研究采用WOT-SRSH泛函精确计算块体PdSe$_2$的间接光学带隙，结果与实验及多体微扰理论一致，确认其中红外带隙上限为0.44 eV，并验证了该方法在层状半导体预测中的有效性。
2025-01-25 cond-mat.mtrl-sci
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
Maximally localized Wannier function within linear combination of pseudo-atomic orbital method: Implementation and applications to transition-metal-benzene complex
利用伪原子轨道线性组合方法构造了最大定域Wannier函数。详细的分析，使用MLWFs适用于三个密切相关的材料，单苯（Bz）分子，有机金属钒Bz无限链，和V $_2$ Bz $_{3}$三明治集群。结果表明：（1）对于无限长链，Kanamori和Terakura关于铁磁（FM）态稳定性机制的基本假设是正确的;（2）对于V $_2$ Bz $_3$，边缘Bz s和中间Bz之间的轨道能量差所起的重要作用是新发现的：边缘Bz s的p个$δ$态的在位能量高于中间Bz的p个$δ$态的在位能量，这进一步降低了V $_2$ Bz $_3$的FM稳定性。
2009-02-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
The Iterated Projected Position Algorithm for Constructing Exponentially Localized Generalized Wannier Functions for Periodic and Non-Periodic Insulators in Two Dimensions and Higher
定域碱基在理解电子结构中起着重要的作用。在周期性绝缘体中，局域基的自然选择是由Wannier函数给出的，它依赖于被称为规范变换的幺正变换的选择。在过去的几十年里，已经有许多工作集中在优化规范的选择，使相应的Wannier函数最大限度地本地化或反映一些基本系统的对称性。在这项工作中，我们考虑完全非周期性的材料，通常的Wannier函数没有很好地定义和规范优化是不可能的。为了解决周期和非周期系统中指数定域广义Wannier函数的计算问题，我们讨论了迭代投影位置（IPP）算法。IPP算法基于矩阵对角化，因此与基于优化的方法不同，它不需要初始化，也不会陷入局部最小值。此外，IPP算法是保证了严格的分析，以产生指数本地化的功能，在一定的温和的假设。我们数值证明，IPP算法可以用来计算指数本地化基地的Halaldom模型，凯恩-梅勒模型（在两个$\mathbb{Z}_2$不变的偶和$\mathbb{Z}_2$不变的奇相位），和准晶格上的$p_x + i p_y$模型。
2020-10-03 cond-mat.mtrl-sci math-ph math.MP
Accurate polarization within a unified Wannier function formalism
我们提出了一种计算晶体中最大局域化Wannier函数的替代形式，得到了一个非常简单和通用的表达式。特别是，我们的计划是完全不变的布里渊区折叠下，因此，它平凡地扩展到伽玛点的情况下。我们研究的Wannier函数的收敛性，他们的二次传播和中心，通过我们的简化技术。我们展示了如何通过一个简单而廉价的“细化”步骤，可以大大提高这种收敛，这使得非常有效和准确的计算在零外部场的极化。
2005-06-23 cond-mat.mtrl-sci
A Wannier orbital based method for resonant inelastic x-ray scattering simulation
我们报告了一个算法来模拟氧$K$ -边缘RIXS弱关联系统，使用最大本地化的Wannier函数作为基组。的$N$ -电子波函数制定使用单一的斯莱特行列式，和多体效应的处理明确在偶极矩阵元水平。对固态Li $_2$ CO $_3$的氧$K$边RIXS模拟结果与实验数据吻合较好.除了高效和合理的准确性，该算法还显示出潜力，以扩大到更复杂的RIXS问题。
2018-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Robust Wannierization including magnetization and spin-orbit coupling via projectability disentanglement
PSI Center for Scientific Computing, Theory and Data（瑞士保罗谢尔研究所科学计算、理论与数据中心）；Fert Beijing Institute, School of Integrated Circuit Science and Engineering, Beihang University（北京航空航天大学集成电路科学与工程学院飞育北京研究院）；National Key Lab of Spintronics, Institute of International Innovation, Beihang University（北京航空航天大学国际创新研究院自旋电子学国家重点实验室）
本文提出了一种扩展的PDWF方法，用于磁性系统和自旋轨道耦合系统的鲁棒Wannier化，实现了100%的成功率和高精度的Wannier函数插值。
2025-07-09 cond-mat.mtrl-sci
Wannier-functions characterization of floating bonds in a-Si
我们通过密度泛函总能量计算研究了非晶硅中过配位缺陷的电子结构，目的是在微观尺度上理解拓扑和电子性质之间的关系。计算最大局域化的Wannier函数，以表征这些缺陷的成键和电子性质。五重配位缺陷引起离域态延伸到几个最近的邻居，因此非常极化的债券和异常高的玻恩有效电荷的缺陷原子。
1999-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Localized Basis for Effective Lattice Hamiltonians: Lattice Wannier Functions
提出了一种系统的方法来构造一般声子相关结构跃迁的有效哈密顿量。其主要特点是应用群论方法来确定有效哈密顿作用的子空间，并为它构造局部基向量，这是电子Wannier函数的模拟。讨论了钙钛矿、岩盐、萤石和A15结构的对称性分析结果，以及$PbTiO_3$和$BaTiO_3$的铁电相变、$SrTiO_3$的氧-八面体旋转相变、$La_{1-x}(Ca,Sr,Ba)_xMnO_3$的Jahn-Teller不稳定性和$PbZrO_3$的反铁电相变的有效哈密顿量形式。对于$SrTiO_3$中的氧-八面体转动跃迁，该方法提供了一种替代转动变量方法的方法，该方法在整个布里渊区表现良好。出现在Wannier基矢量和有效哈密顿量中的参数，由相应的不变能量展开给出，可以使用第一原理密度泛函理论总能量和线性响应技术，或可以可靠地计算力常数和畸变能量的任何技术，针对各个材料获得。提出了一种确定这些参数的实用方法，并讨论了在铁电$PbTiO_3$中的应用。
1995-08-27 cond-mat.mtrl-sci mtrl-th
Propagation of maximally localized Wannier functions in real-time TDDFT
实时、含时的密度泛函理论（RT-TDDFT）作为研究各种激发态现象（如光激发和电子停止）的第一性原理方法已经得到普及。在RT-TDDFT模拟中，时间相关电子轨道的规范自由度可以用于数值和科学方便，而幺正变换不会改变从电子的量子动力学计算的物理性质。利用这种规范的自由，我们证明了最大本地化的Wannier函数在RT-TDDFT的传播。我们说明了它的巨大的效用，通过一些例子，包括它的应用程序，在扩展系统中使用所谓的长度计的光激发，解释电子停止激发，并模拟电场驱动的量子化电荷传输。我们实现了我们的平面波赝势RT-TDDFT模块的QB@LL代码中的方法，并实现的性能进行了讨论。
2019-04-29 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Symmetry Conserving Maximally Projected Wannier Functions
本文在FPLO代码中实现了对称保持最大投影Wannier函数（SCMPWF）方法，通过投影和正交化获得满足空间群对称性的高度局域化Wannier函数，并讨论了Berry联络与位置算符的相互作用及性能。
2021-11-18 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
Maximally Localized Wannier Orbitals, Interaction Models and Fractional Quantum Anomalous Hall Effect in Twisted Bilayer MoTe2
该研究结合第一性原理计算、Wannier 构造、Hartree-Fock 与精确对角化，建立扭转双层 MoTe2 的二带相互作用模型，并指出能带混合可扩大分数量子反常霍尔态的最佳扭转角范围。
2024-01-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Localization of Wannier functions for entangled energy bands
提出了一种新的纠缠能带定域方法。它是Wannier-Boys算法[C. M.齐科维奇-威尔逊河Dovesi和V.R. Saunders，J.Chem.Phys.115，9708（2001）]，其特别适合于Bloch波的原子轨道表示的线性组合。它允许在优化多波段Wannier变换中使用的酉杂交矩阵期间包含额外的波段。通过投影技术，从Bloch波中提取出了合适的化学特征，并得到了纠缠带的紧定域轨道。新的投影Wannier-Boys本地化的性能表现在低的反式聚乙炔，金刚石和硅的空闲频带。
2004-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Closest Wannier functions to a given set of localized orbitals
提出一种非迭代的极分解方法计算最接近Wannier函数，通过引入平滑窗口和Bloch函数解决能带解纠缠，在多种材料中准确重现能带并有效计算原子电荷。
2023-06-29 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Van der Waals interactions in DFT made easy by Wannier functions
原子和分子之间普遍存在的范德华相互作用对于许多分子和固体结构是重要的。这些系统通常使用密度泛函理论（DFT）从第一原理进行研究。然而，通常使用的DFT泛函不能捕捉范德瓦尔斯效应的本质。已经提出了许多尝试来纠正这个问题，这是不完全令人满意的，因为它们要么是非常复杂和计算昂贵的或有一个基本的半经验的字符。我们在这里描述了一种新的方法，基于使用的最大局部化的Wannier函数，这似乎是有前途的，是简单的，高效的，准确的，和可转移的（电荷极化效应自然包括在内）。测试应用的结果。
2007-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Partly occupied Wannier functions: Construction and applications
我们已经开发了一个实用的计划，以构建部分占用，最大本地化的Wannier函数（WFs）的范围广泛的系统。我们解释并演示了如何包含选定的未占用状态的定义中的WF可以提高其本地化和对称性。通过最小化所得到的WF的扩散来实现相关未占用状态的系统选择。该方法应用于硅团簇、铜晶体和吸附有氮的Cu（100）表面。在所有的情况下，我们证明了一组具有特别好的本地化和对称性的WF的存在，我们表明，这组WF的特点是由一个最大的平均本地化。
2005-06-20 cond-mat.mtrl-sci
Group theory of Wannier functions providing the basis for a deeper understanding of magnetism and superconductivity
本文给出了在任意给定空间群G或磁群M的晶体中最佳定域和最佳自适应Wannier函数的群论。假设所考虑的材料的计算能带结构是给定的，并在布里渊区中的所有对称点的布洛赫函数的对称性是已知的，本文详细说明了特定能带的布洛赫函数是否可以么正地变换成最佳局域化的Wannier函数，该函数与空间群G、磁群M或G或M的子群相适应。在这种情况下，本文认为通常以及自旋相关的Wannier函数，后者代表最一般的定义Wannier函数。提出的群论是作者之一在以前的几篇论文中发表的理论的评论，并且独立于磁性或超导性的任何物理模型。然而，建议解释的最佳本地化的Wannier函数的特殊对称性的框架下的非绝热扩展的海森堡模型，非绝热海森堡模型。基于Wannier函数的对称性，这个强关联局域电子模型可以清楚地预言系统是否具有超导或磁本征态。
2015-02-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Generalized Wannier functions: a comparison of molecular electric dipole polarizabilities
局域Wannier函数提供了一种有效和直观的手段，通过它来计算介电性质的第一性原理。它们通常在总能量最小化之后的后处理步骤中构造。非正交广义Wannier函数（NGWF）[Skylaris等人，Phys.Rev.B66，03511911（2002）; Skylaris等人，J.Chem.Phys.122，084119（2005）]也可以在求解基态密度的过程中原位优化。我们探索了NGWF和标准正交、最大局部化Wannier函数（MLWF）之间的关系[Marzari和Vanderbilt，Phys.Rev.B56，12847（1997）; Souza，Marzari和Vanderbilt，同上，65，035109（2001）]，证明NGWF可以用于有效地计算电偶极子极化率，而不需要后处理优化，并且具有与MLWF相当的精度。
2012-05-11 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
