Nearsightedness of Electronic Matter
在早期的论文中，W.科恩定性地引入了多原子系统中电子的“近视”概念。它可以被看作是鲍林的“化学键”、“可转移性”和杨振宁的“分而治之”的计算原理等重要思想的基础。“它描述了这样一个事实：对于固定的化学势，局部电子性质（例如密度$n(r)$）仅在附近点显着取决于有效外部势。该电势的变化，{ \it，无论多大}，超过一个距离$\textsf{R}$，对局部电子性质具有{ \it限制}效应，其作为$\textsf{R}$的函数迅速趋于零。在本文中，首先锐化的概念是不带电的费米子在外部电位移动的代表性模型，然后讨论电子-电子相互作用和扰动外部电荷的影响。
2005-08-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Nearsightedness of Electronic Matter in One Dimension
电子物质的近视性是由W. Kohn在1996年提出的分而治之的电子结构算法的物理原理。它描述了这样一个事实，即对于固定的化学势，在一个点$r$的局部电子性质，如密度$n(r)$，显着依赖于外部电位$v$仅在附近的点。该电势的变化$Δv$，{ \it，无论多大}，超过一个距离$\textsf{R}$，对局部电子性质具有{ \it limited}影响，其作为$\textsf{R}$的函数趋于零。即使外部电势的变化完全围绕着点$r$，这仍然是正确的。NEM可以通过近视范围$\textsf{\textsf{R}}(r,Δn)$来定量表征，其被定义为距$r$的最小距离，超过该距离，外部电势的{ \it任何}变化在$r$处产生小于给定$Δn$的密度变化。本论文给出了一个详细的分析周期性金属和绝缘体的一维NEM，包括尖锐的，明确的估计近视范围。由于NEM涉及到外部电势的任意变化，系统中可能发生强烈的，甚至是质的变化，例如能带的离散化或绝缘体的绝缘间隙被连续谱完全填充。尽管如此剧烈的变化，我们表明，$Δv$只有有限的影响的密度，这可以量化的简单参数的未扰动系统。
2005-12-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Multiplets Matter: The Electronic Structure of Rare-Earth Semiconductors and Semimetals
我们证明了一个理论框架，充分纳入原子内的相关性和多重态结构的本地化4f状态是必需的，以捕捉稀土半导体和半金属的基本物理。我们特别关注稀土半金属砷化铒（ErAs），有效的单电子方法无法提供一个一致的图片高，低能量的电子状态。在动力学平均场论的框架内，我们在原子近似下处理Er 4f壳层的多体态。我们的结果的磁场依赖性的4f本地矩，多重态的光电子能谱的影响，和交换分裂的费米表面口袋从Shubnikov-de Haas振荡测量，被发现是在很好的协议与实验结果。
2008-07-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Effects of non-equilibrium in ultrafast irradiation of matter
本文利用混合模拟工具XTANT-3研究XUV/X射线超短强脉冲辐照物质时的非平衡效应，整合蒙特卡罗、玻尔兹曼方程、紧束缚和分子动力学方法，揭示电子激发改变原子间势并导致非热损伤的机制。
2025-03-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Structural order matters: Enhanced electronic coupling in self assembled micro-crystals of Au-nanoclusters
我们报告了一种简单和广泛适用的方法控制自组装的原子级精确的Au 32（nBu 3 P）12 Cl 8纳米团簇成微晶。这使得确定紧急光电性能产生的长程序在这样的组件。与相同的纳米团簇在玻璃态，多晶合奏相比，我们发现一个100倍的电导率和载流子迁移率以及额外的光学跃迁的增加。我们表明，这些影响是由于消失的充满活力的混乱和急剧减少的激活能，在高度有序的组件中的电荷传输。原子级精确金纳米团簇自组装超结构的第一个结构-输运相关性为具有新颖集体光电特性的功能材料铺平了道路。
2020-02-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Engineering Quantum Phases in Two Dimensions via Vacancy-Induced Electronic Reconstruction
Ilum School of Science, Brazilian Center for Research in Energy and Materials (CNPEM)（ILUM科学学校，巴西能源与材料研究中心）；Instituto de Física, Universidade Federal do Rio de Janeiro（里约热内卢联邦大学物理研究所）
研究通过空位诱导电子重构在二维半导体中实现拓扑相变，揭示空位作为主动设计元素的能力，稳定量子自旋霍尔、量子异常霍尔和韦伊尔半金属相。
2026-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Extended Calculation of Dark Matter-Electron Scattering in Crystal Targets
我们扩展了暗物质直接检测率的计算，通过电子跃迁在一般的电介质晶体目标，结合国家的最先进的密度泛函理论计算的电子能带结构和波函数附近的带隙，半解析近似，包括其他国家远离带隙。我们表明，特别是，全电子重建的重要性，用于恢复大的动量分量的电子波函数，其中，连同列入额外的国家，有一个显着的影响直接检测率，特别是重介质模型和在$\mathcal{O}(10\,\text{eV})$和更高的能量沉积。将我们的框架应用于硅和锗（已经被确定为灵敏的暗物质探测器），我们发现我们的扩展计算可以明显改变探测前景。我们的计算框架是在一个开源程序$\texttt{EXCEED-DM}$（扩展计算电子激发直接检测暗物质），将在即将发布的出版物中实现。
2021-05-11 astro-ph.CO cond-mat.mtrl-sci hep-ph
SALMON VR: Visualizing Light-Matter Dynamics
本研究推出可视化程序SALMON VR，可在VR空间中处理SALMON计算的CUBE格式电子密度数据，构建电子密度变化等值面与矢量势二维表示，支持多设备使用与参数调节，助力光-物质相互作用的研究与教学。
2025-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Bridging electronic and classical density-functional theory using universal machine-learned functional approximations
本文提出结合等变卷积神经网络与加权密度近似的通用机器学习泛函框架，在硬棒流体、伊辛模型、电子交换与动能泛函及液态水等一维和准一维问题上验证了同一超参数泛函的高精度，为跨电子与经典DFT的通用三维泛函奠定基础。
2024-10-08 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Phonon driven Floquet matter
共振激发的相干声子导致晶体结构中原子晶格的周期性振荡，使材料进入非平衡电子构型。周期性振荡的量子系统可以理解的Floquet理论，我们表明这些概念可以应用到相干晶格振动反映电子和玻色子模式之间的耦合机制。这种耦合导致修饰的准粒子在电子结构的光谱中留下特定的印记。以石墨烯作为一种典型的材料，我们展示了如何声子修饰状态显示一个复杂的边带结构，揭示电子-声子耦合和拓扑有序。这项工作确立了最近证明的光致非平衡Floquet相位的概念，也可以应用时，使用相干声子模式的材料性能的动态控制。目前的结果是通用的玻色子含时微扰和类似的现象，可以观察到等离子体激元，磁振子或激子驱动的材料。
2018-01-02 cond-mat.mtrl-sci
Learning the electronic density of states in condensed matter
电子态密度（DOS）量化了准粒子图像中电子可以占据的能级分布，是现代电子结构理论的核心。它还支持计算和解释实验观察到的材料特性，如光吸收和电导率。我们讨论了机器学习（ML）框架的建设中固有的挑战，旨在预测DOS的本地贡献的组合，反过来又取决于每个原子周围的邻居的几何配置，使用准粒子能级从密度泛函理论作为训练数据。我们提出了一个具有挑战性的案例研究，其中包括硅的配置跨越了广泛的热力学条件，从体结构到集群，从半导体到金属行为。我们比较不同的方法来表示的DOS，和预测量的准确性，如费米能级，在费米能级的DOS，或能带能量，直接或作为副产品的DOS的评估。模型的性能关键取决于DOS的平滑，并且在与平滑相关联的系统误差和特定结构的ML模型中的误差之间存在折衷。我们证明了这种方法的有用性，通过计算一个大的非晶硅样品的态密度，这将是非常昂贵的直接电子结构计算计算的DOS，并显示如何原子为中心的分解的DOS是通过我们的模型可以用来提取物理见解结构和电子功能之间的连接。
2020-11-12 cond-mat.mtrl-sci stat.ML
Time-resolved ultrafast x-ray scattering from an incoherent electronic mixture
光激发物质的时间分辨超快X射线散射是一种新兴的成像方法，具有原子尺度的空间和时间分辨率。为了正确和严格地理解当前和即将到来的成像实验，我们提出了时间分辨X射线散射的非相干电子混合物的光-物质相互作用的量子电动力学理论。我们表明，总散射信号是一个不相干的总和所产生的各个散射信号从不同的电子状态，因此外差的个别信号是不可能的气相光激发分子的合奏。我们仔细检查的信息编码在总信号的实验重要的情况下，当脉冲的持续时间和相干时间的X射线脉冲是短的振动运动的时间尺度和长的电子运动的时间尺度相比，分别。最后，我们表明，在电子激发晶体的情况下，总的散射信号印记与不同的电子状态和外差相关联的个人散射振幅的干扰是可能的。
2017-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph
Designing electronic magnetoelectric matter with organic quantum spin trimers
Osaka Metropolitan University（大阪公立大学）；University of Florida（佛罗里达大学）；Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Osaka Prefecture University（大阪府立大学）；Florida State University（佛罗里达州立大学）；National High Magnetic Field Laboratory, Florida State University（佛罗里达州立大学国家高磁场实验室）
本文提出基于受挫量子自旋三聚体的电子磁电机制，在有机自由基晶体TNN·CH3CN中实现，通过三聚体内电子涨落产生电偶极子，并利用几何受挫的相互作用形成集体磁电态。
2026-06-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Built-in potential and band alignment of matter
内建电位是两种不同材料界面处由于电偶极子而产生的界面电势差。它对于理解电化学、电气工程和材料科学中的许多现象至关重要，因为它决定了界面处的能带排列。尽管它的重要性，它的确切符号和大小一般被认为是一个定义不清的数量超过半个世纪。在这里，我们提供了一个普遍的定义的内置潜力。此外，内建电势明确地由体确定（即，当系统处于电子平衡时，界面仅在不平衡的情况下起作用。我们的定量理论能够统一描述各种重要的性质，在所有类型的接口，范围从功函数和肖特基势垒的电子设备的开路电压和电极电位的电化学电池。
2017-10-31 cond-mat.mtrl-sci
Atoms to topological electronic materials: A bedtime story for beginners
本文综述了凝聚态物质中不同拓扑电子态的理论基础和实验发现。首先，我们简要回顾了在固体能带理论中已经实现的传统电子态。其次，介绍了凝聚态电子系统中最简单的非平凡绝缘相（量子霍尔态）和拓扑序的概念。在接下来的章节中，我们讨论了二维量子自旋霍尔（QSH）态，并回顾了从二维QSH态到三维拓扑绝缘体（TI）的理论和实验进展。随后，我们简要介绍了最近发现的拓扑Dirac半金属，Weyl半金属，三重，六重和八重简并半金属和节线半金属的理论和实验理解。然后介绍了拓扑晶体绝缘体，它不能被认为是量子自旋霍尔或量子自旋霍尔绝缘体的后代。最后讨论了磁性在某些拓扑材料中的存在及其对电子能带结构的影响。
2019-05-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Detecting band inversions by measuring the environment: fingerprints of electronic band topology in bulk phonon linewidths
物质的拓扑相和耗散浴之间的相互作用构成了一个新兴的研究课题，与凝聚态，光子晶体，冷原子气体和量子信息有关。虽然最近的研究表明，耗散浴可以诱导拓扑相在本质上平凡的量子材料，拓扑不变量的耗散浴的反作用被忽视。通过探索这种反作用耦合到声子的中心对称狄拉克绝缘体，我们表明，体光学声子的线宽可以包含通用的功能，揭示了电子结构的拓扑结构。这个结果是第一个已知的例子，其中开放量子系统的拓扑相位可以通过测量周围环境的体属性来检测。
2015-10-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Defect polaritons from first principles
对固态材料中缺陷中心的电子和光学性质的精确控制对于它们作为量子传感器、换能器、存储器和发射器的应用是必要的。在这项研究中，我们演示了，从第一性原理，如何调整这些属性通过形成缺陷极化激元。具体来说，我们调查三种缺陷类型- CHB，CB-CB和CB-VN -在单层六方氮化硼（hBN）。这些系统的最低电子激发耦合到一个光学腔，在那里我们探索强光-物质耦合制度。对于所有的缺陷系统，我们表明，极化激元分裂，转移的吸收能量的较低的极化激元是远远高于可以预期的Jaynes-Cummings相互作用。此外，我们发现，较低的极化激元的吸收强度增加了几个数量级，这表明一个可能的途径，克服声子限制的单光子发射从缺陷中心。最后，我们发现，最初本地化的电子跃迁密度可以成为离域在整个材料下的强光-物质耦合。这些发现是原始hBN和具有缺陷中心的hBN的最低电子跃迁附近的有效连续电子跃迁的结果，所述缺陷中心显著增强了光-物质相互作用的强度。我们希望我们的研究结果能刺激实验研究的缺陷中心和腔光子之间的强光-物质耦合在量子技术中的应用。
2021-05-04 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Vanadium-Doped Molybdenum Disulfide Monolayers with Tunable Electronic and Magnetic Properties: Do Vanadium-Vacancy Pairs Matter?
本研究结合实验表征与理论计算，揭示了硫空位及其与钒原子的配对对钒掺杂二硫化钨单层磁有序的关键作用，还发现随钒浓度升高体系出现p型行为，为调控二维TMD基稀磁半导体性能提供了依据。
2024-01-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Electronic structure of quantum materials studied by angle-resolved photoemission spectroscopy
量子材料的物理学由多体相互作用和对称性和拓扑学等数学概念决定，这些概念改变了我们对物质的理解。角分辨光电子能谱（ARPES）直接探测动量空间中的电子结构，在发现、表征和理解量子材料（从物质的强相关态到那些表现出非平凡拓扑结构的量子材料）方面发挥了核心作用。在过去的二十年里，ARPES作为一种技术已经显着成熟，分辨率不断提高，并继续扩展到空间，时间和自旋域。同时，合成新材料和应用非热调谐参数\emph{in-situ}的能力在所有量子材料的研究中打开了新的维度。我们回顾了这些进展，并调查了它们在当代量子材料研究中的科学贡献。
2020-08-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Imaging electronic states on topological semimetals using scanning tunneling microscopy
随着对拓扑绝缘体的深入研究，人们对无带隙拓扑系统的研究取得了很大进展。这些材料不仅拓宽了物质的拓扑分类，而且还提供了各种相对论粒子和现象的凝聚态实现，这些粒子和现象以前主要在高能物理中讨论过。外尔半金属在体电子能带结构中具有无质量的手征低能激发，而对称保护的外尔费米子对产生无质量的狄拉克费米子。我们采用扫描隧道显微镜/光谱，探索在拓扑半金属相的表面上和在本体上的电子态的行为。通过对狄拉克半金属Cd $_3$ As $_2$和Na $_3$ Bi中强磁场下的准粒子干涉和朗道能级的映射，观察到了扩展的类狄拉克体电子带.外尔半金属TaAs上的准粒子干涉成像表明，在表面投影外尔节点附近的费米弧表面态的预测动量依赖的离域。
2016-10-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Modifying electronic and structural properties of 2D van der Waals materials via cavity quantum vacuum fluctuations: A first-principles QEDFT study
本文通过第一性原理QEDFT研究腔真空涨落对二维范德华材料电子和结构性质的调控，发现光子诱导电子局域化及能谷移动、层间距变化，实现可调带隙与铁电等性质，为量子材料工程开辟新途径。
2025-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Thermodynamic Limits of Electronic Systems
本文回顾了凝聚态物质电子结构模型的热力学与标度极限，并探讨了在类Thomas-Fermi、类Hartree-Fock及Kohn-Sham密度泛函理论三个模型中实现这些极限的数学方法。
2023-09-10 cond-mat.mtrl-sci math-ph math.MP
Cavity Born-Oppenheimer Approximation for Correlated Electron-Nuclear-Photon Systems
在这项工作中，我们详细说明了最近引入的概念，腔玻恩-奥本海默近似的相关电子-核-光子问题。我们展示了如何在条件电子和光子核波函数方面的扩展准确地描述强关联轻物质系统的本征态。对于与光子模式共振的GaAs量子环模型，我们强调了基态电子势能面如何将自由光子模式的通常谐波势改变为具有双阱结构的修饰模式。这种变化伴随着电子基态密度的分裂。对于一个光子模式与振动跃迁共振的模型，我们在激发态电子势能面中观察到从单个最小值到双最小值的分裂。此外，对于一个随时间变化的设置，我们展示了如何在相关的光物质系统的动态可以理解的人口之间的转移势能面。这项工作在量子化学和量子光学的接口铺平了道路，完全从头描述的物质-光子系统。
2016-11-28 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph quant-ph
Electronic Transport and quantum oscillation of Topological Semimetals
三维拓扑半金属是一类新的拓扑物质。对这一族材料的研究一直处于凝聚态物理的前沿，取得了多项突破。一些拓扑半金属相，包括狄拉克半金属（DSM），外尔半金属（WSM），半导体线（NLSM），和三点半金属，已被理论预测和实验证明。狄拉克/外尔节点、节线或三重简并节点附近的低能激发可以看作是相对论费米子的涌现。实验研究表明，相对论性费米子可以导致各种各样的奇异输运性质，例如，极大的磁电阻、手征反常和本征反常霍尔效应。本文首先简要介绍了各种拓扑半金属相的能带结构特征，然后综述了各种拓扑半金属相的量子振荡和奇异输运性质的研究现状，最后展望了该领域的发展前景。
2019-04-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Adaptive energy reference for machine-learning models of the electronic density of states
针对电子态密度机器学习模型中绝对能量参考不明确的问题，提出自适应优化每个结构能量参考的训练方案，持续提升不同材料和模型架构下的模型质量与可迁移性。
2025-01-24 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Quantum-Geometric Light-Matter Coupling in Correlated Quantum Materials
光辐照提供了一个强有力的工具，询问，控制或诱导新的量子态的物质的平衡，但微观理解的光-物质耦合相互作用的电子系统仍然是一个深刻的挑战。在这里，我们表明，光授予一个新的量子几何处理，以引导和探测相关的量子材料，从而光子可以直接耦合到最大本地化的Wannier函数的形状和中心，包括材料的相互作用带，穿着电子运动和电子与光的相互作用。值得注意的是，这种效应是通用的任何材料和纯粹的几何起源，但主导的相关电子系统与不良本地化或阻碍Wannier功能的涌现光学响应。光谱的后果首先说明了一个范式强相互作用模型与可调Wannier障碍。然后，我们提出了莫尔异质结构的非平衡控制的分支，并发现使魔角扭曲的双层石墨烯受到弱太赫兹辐射可以与脆弱的拓扑障碍合谋，以深刻地改变材料的竞争相互作用，并跨越边界调整到竞争相。
2023-03-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Predicting electronic structures at any length scale with machine learning
针对密度泛函理论(DFT)计算扩展性受限的问题，提出了一个预测任意长度尺度电子结构的机器学习框架，实现最高三个数量级加速并突破DFT计算尺度极限，为多领域应用提供前所未有的建模能力。
2022-12-08 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
