我们提出了一个理论框架来描述极化子的第一性原理内的多体格林函数形式主义。从一般的电子-声子哈密顿量出发，导出了自洽的Dyson方程，其中声子介导的自能由两个不同的项组成。一项是Fan-Migdal自能，描述了动态的电子-声子过程，另一项是极化基态原子核的静态位移对自能的新贡献。本理论的最低阶近似产生了大极化子极限下电子-声子相互作用的标准多体微扰理论方法，以及[Sio et al.，Phys. Rev. B 99，235139（2019）; Phys. Rev. Lett. 122，246403（2019）]在小极化子的极限。一个实用的配方，以实现目前的统一形式主义的第一性原理计算的概述。我们将我们的方法应用于Fröhlich模型，并获得非常准确的极化子能量在所有的耦合，符合费曼的极化子理论和图解Monte Carlo计算。我们还恢复了著名的结果Fröhlich和Pekar在弱耦合和强耦合，分别。本方法能够预测多体计算极化子在真实材料中的所有耦合。
英文摘要：
We present a theoretical framework to describe polarons from first principles within a many-body Green's function formalism. Starting from a general electron-phonon Hamiltonian, we derive a self-consistent Dyson equation in which the phonon-mediated self-energy is composed by two distinct terms. One term is the Fan-Migdal self-energy and describes dynamic electron-phonon processes, the other term is a new contribution to the self-energy originating from the static displacements of the atomic nuclei in the polaronic ground state. The lowest-order approximation to the present theory yields the standard many-body perturbation theory approach to electron-phonon interactions in the limit of large polarons, and the ab initio polaron equations introduced in [Sio et al., Phys. Rev. B 99, 235139 (2019); Phys. Rev. Lett. 122, 246403 (2019)] in the limit of small polarons. A practical recipe to implement the present unifying formalism in first-principles calculations is outlined. We apply our method to the Fröhlich model, and obtain remarkably accurate polaron energies at all couplings, in line with Feynman's polaron theory and diagrammatic Monte Carlo calculations. We also recover the well-known results of Fröhlich and Pekar at weak and strong coupling, respectively. The present approach enables predictive many-body calculations of polarons in real materials at all couplings.
Improving Li$_2$O$_2$ conductance via polaron preemption: an \textit{ab initio} study of Si doping
本文报道了Li $_2$ O $_2$的\textit{ab initio}电子结构模拟，其中1.6%的锂原子被硅取代。结果表明，这导致了Li $_2$ O $_2$带隙中导电杂质态的形成.我们表明，这些国家起源于反键轨道的氧对，是非常稳定的对可能的极化子形成（电子注入后）。通过这种极化子抢占机制，预期所提出的化合物显示出比化学计量的Li $_2$ O $_2$显著更高的电子迁移率，这可能在锂-空气电池中具有重要的应用。
Ab Initio Prediction of Excited State and Polaron Effects in Transient XUV Measurements of $α$-Fe$_2$O$_3$
瞬态X射线和极紫外（XUV）光谱已成为研究光激发动力学的宝贵工具，由于它们对载流子占据和局部化学或结构变化的敏感性。$α$ -Fe $_2$ O $_3$是利用瞬态XUV光谱研究最多的材料之一，因为它具有丰富的光激发动力学，包括小极化子的形成。在$α$ $_2$ O $_3$中载流子和极化子效应的解释目前是使用半经验方法完成的，该方法不能转移到大多数材料。在这里，从头算，贝特-萨尔彼得方程（BSE）的方法，可以将光激发态效应的任意材料系统的开发。通过计算$α$ -Fe $_2$ O $_3$的基态、光激发态和极化子态的XUV吸收光谱证明了这种方法的准确性。此外，理论方法允许的核心价激子和不同的组件的X射线跃迁哈密顿到能带结构的投影，提供新的见解旧的测量。从这些信息中，可以建立关于瞬态XUV光谱的起源和性质的物理直觉。提取电子和空穴能量的路线，甚至显示出可能的高度角动量分裂XUV峰。这种方法很容易推广到K，L，M和N边缘，提供了一个通用的方法来分析瞬态X射线吸收或反射数据。
Combining experiments on luminescent centres in hexagonal boron nitride with the polaron model and ab initio methods towards the identification of their microscopic origin
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）；Department of Physics, University of the Basque Country UPV/EHU（巴斯克大学物理系）
Exploring Exciton and Polaron Dominated Photo-physical Phenomena in Ruddlesden-Popper Phases of Ban+1ZrnS3n+1 (n=[1-3]) from Many Body Perturbation Theory
$_{\textrm{n+1}}$ S $_{\textrm{n}}$（n=[1-3]）的Ruddlesden-Popper（RP）相在光电子学领域，特别是在太阳能电池中被发展为一类新的有前途的硫属钙钛矿。然而，关于它的光学、激子、极化子和输运性质的详细研究迄今未知。本文在多体微扰理论的框架下，采用第一性原理方法研究了$_{\textrm{n+1}}$ $_{\textrm{n}}$ S $_{\textrm{3n+1}}$（n=[1-3]）RP相中的激子和极化子效应.与体相不同，$_{\textrm{n+1}}$ $_{\textrm{n}}$（n=[1-3]）RP相具有光学和激子各向异性。从Wannier-Mott的方法，我们表明，在RP相的这类硫属钙钛矿，捕获的离子的介电常数的贡献是重要的。我们报告显着的离子贡献和相对较小的电子-声子耦合常数的Ba $_{\textrm{n+1}}$ Zr $_\textrm{n}$ S $_{\textrm{3n+1}}$相比，散装BaZrS $_3$。激子的结合能被发现是依赖于大的电子-声子耦合的存在。电荷载流子迁移率在Ba $_2$ ZrS $_4$中是最大的，采用相同的变形势计算。根据我们的分析，光学声子模式被观察到占主导地位的声学声子模式，导致极化子迁移率的减少增加n在Ba $_{\textrm{n+1}}$ Zr $_{\text…
Many-body large polaron optical conductivity in SrTi$_{1-x}$Nb$_x$O$_3$
用具有有效耦合常数$α_{eff}\approx2$的大极化子气体解释了最近关于铌掺杂SrTiO $_{3}$的光学电导率的实验数据。理论方法考虑了多体效应、多支LO声子的电子-声子相互作用、Ti t $_{2g}$导带的简并性和各向异性。{基于Fröhlich相互作用的多体大极化子理论}提供了对所观察到的SrTi $_{1-x}$ Nb $_{x}$ O $_{3}$ \textit{without}材料参数的任何调整的光导谱的基本特征的解释，除了-有趣的-在$\sim130$ meV处的峰的意外大强度之外。
A polaron cloud of correlated electron states in ceria
本文采用从头算单电子理论和多体物理相结合的方法研究了氧化铈的电子结构，重点研究了铈离子4f电子层的性质。我们建议使用的杂交功能作为一个方便的措施，该材料的4f壳的本地化程度，并观察到，改变氧化态的4f壳和配体状态之间的杂交的明显变化。该理论揭示了CeO $_2$具有基本上巡回的4f态，并且在氧化铈的最少氧化形式Ce $_2$ O $_3$中，4f态几乎（但不是完全）局域化。最重要的是，我们的模型指出，在氧化铈中的氧空位的扩散可以被看作是极化子跳跃，涉及相关的4f电子云，这是主要位于周围的空位的原子壳的Ce离子。
Nonadiabatic polaron dynamics from machine-learned hopping trajectories
University of Vienna, Faculty of Physics and Center for Computational Materials Science（维也纳大学物理系与计算材料科学中心）；College of Environmental Science and Engineering, North China Electric Power University（华北电力大学环境科学与工程学院）；School of Physics, Beihang University（北京航空航天大学物理学院）
