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
Edge waves and localisation in lattices containing tilted resonators
本文研究了几何手征结构体中的波。一个特别注意的是，在一个双周期的高对比度晶格含有倾斜谐振腔的布洛赫-Floquet波的分析。识别、研究了该结构中Bloch波的类Dirac-like色散，并将其应用于波导和波缺陷相互作用问题。这项工作扩展到传输问题和模型的断裂，局部化和边缘波发生。理论推导与数值模拟和说明。
2017-05-26 cond-mat.mtrl-sci
Phonon Bloch oscillations in acoustic-cavity structures
我们描述了一种基于声学声子腔的半导体多层结构，可以用MBE技术实现，设计用于显示声学声子布洛赫振荡。我们表明，前向和后向散射拉曼光谱给出了一个直接的措施所创建的声子Wannier-Stark阶梯。我们还讨论了使用飞秒激光脉冲的产生和直接探测的诱导声子布洛赫振荡。我们提出了一个gedanken实验的基础上，在一个集成的声子源结构检测器设备，我们提出了计算的泵浦和探测随时间变化的光学反射率，证据与Wannier-Stark阶梯能量分裂的时间跳动。
2004-07-19 cond-mat.mtrl-sci
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
Wannier Functions Dually Localized in Space and Energy
Duke University（杜克大学）；Nankai University（南开大学）
本文提出一种双重局域化Wannier函数方法，结合价带和导带，用于研究硅、乙烯和铜的轨道特性，适用于轨道依赖方法。
2025-05-18 cond-mat.mtrl-sci
On the construction of composite Wannier functions
当$1\leq d\leq 2$和$N\geq 1$满足一定条件时，我们构造性地证明了$N$维Bloch基的存在性，该基关于其$N$维拟动量是光滑的（实解析的）和周期的.当投影具有共轭对称性时，所构造的Bloch基是共轭对称的，因此相应的指数定域复合Wannier函数是实的。在本文的第二部分中，我们表明，通过添加一个弱的，全球有界的，但不一定是恒定的磁场，局部化的基础上存在的保存。
2016-03-09 cond-mat.mtrl-sci math-ph math.MP
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
Real-Space Quantification of Exciton Localization in Acene Crystals Using Wannier Function Decomposition
本文提出WFDX方法，通过Wannier函数分解在实空间量化并苯晶体中激子局域化，揭示环数、自旋和动量影响，并支持倒空间插值，为激子性质分析提供通用工具。
2025-10-08 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Exponential localization of Wannier functions in insulators
对于所有表现出时间反转对称性的绝缘体，证明了二维或三维Wannier函数的指数局部化，解决了一个长期存在的猜想。我们的证明依赖于分析准布洛赫函数的存在性和零的陈数（或霍尔电流）的系统考虑之间的等价性。同样的等价性意味着陈氏绝缘体不能显示指数定域的Wannier函数。一个明确的条件的现实的Wannier函数被确定。
2007-03-07 cond-mat.mtrl-sci math-ph math.MP
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
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
Wannier90 as a community code: new features and applications
Wannier 90是一个开源计算机程序，用于从一组布洛赫态计算最大局域化的Wannier函数（MLWF）。由于它独立于代表这些布洛赫态的基组，它与许多广泛使用的电子结构代码相连接。在过去的几年中，Wannier 90的开发已经过渡到社区驱动的模式;这导致了最近在Wannier 90 v3.0中发布的许多新开发。在这篇文章中，我们描述了这些新功能，包括实现wannierisation和disentangling的新功能（自适应Wannier函数，选择性局部化Wannier函数，密度矩阵的选定列）和计算新属性的能力位移电流和贝里曲率偶极以及与多体微扰理论的新接口性能改进，包括核心代码的并行化;功能增强（支持旋量值Wannier函数，更精确的方法来插值布里渊区的数量）;改进的可用性（改进绘图程序，与高吞吐量自动化框架集成），以及现代软件工程实践的实施（单元测试、持续集成和自动源代码文档）。这些新的特性、功能和代码开发模型旨在进一步维持和扩大社区的吸收和适用范围，如今涵盖了材料的复杂和精确的介电、电子、磁性、光学、拓扑和传输特性。
2019-07-23 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Wannier-based implementation of the coherent potential approximation with applications to Fe-based transition-metal alloys
我们制定的相干势近似（CPA）的基础上的Wannier表示开发一个计算效率高的方法处理均匀的随机合金，是独立于所应用的第一性原理电结构代码。为了验证该CPA实现在Wannier表示中的性能，我们检查了Fe基过渡金属合金Fe-X（X = V，Co，Ni和Cu）中的Bloch谱函数，态密度（DOS）和磁矩，并将结果与基于KKR格林函数方法的完善的CPA实现进行比较。Wannier-CPA和KKR-CPA的结果非常接近。Wannier-CPA方法计算量小，对其他物理量和大型复合体系具有广泛的适用性。
2021-11-30 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
Self-consistent evaluation of the Berry connection for Wannier functions
Friedrich Schiller University Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学）；Institute of Physical Chemistry, Friedrich Schiller University Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学物理化学研究所）；Institute of Condensed Matter Theory and Optics, Friedrich Schiller University Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学凝聚态理论与光学研究所）；Abbe School of Photonics, Friedrich Schiller University Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学阿贝光子学学院）；Fraunhofer Institute for Applied Optics and Precision Engineering, Jena（耶拿弗劳恩霍夫应用光学与精密工程研究所）
研究用于Wannier函数的Berry联络评估，提出基于矩阵对数的自洽插值方案，提高精度，讨论基组不完备影响，通过数值计算表明该方案对Wannier化细节不敏感，提升了速度矩阵和光导率质量。
2026-07-20 cond-mat.mtrl-sci
On optimal Wannier decay in dimension three
Bocconi University（博科尼大学）；Institut des Hautes Études Scientifiques（高等科学研究所）；Texas A&M University（德克萨斯农工大学）
针对三维环面陈非平凡布洛赫丛，构造最优逐点衰减$\boldsymbol{O}(|x|^{-5/2})$的标准正交Wannier基，除一个生成元外其余指数衰减，解决了arXiv:2505.01999遗留问题。
2026-10-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci math-ph
Efficient time dependent Wannier functions for ultrafast dynamics
本文提出基于初始最大局域化Wannier函数并用第一性原理含时Bloch态传播的高效规范，以分析激光驱动晶体的极化及高次谐波等非微扰响应。
2024-10-28 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
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
Wannier decay and the Thouless conjecture
本文研究了非平凡Chern类对指数衰减Wannier函数的阻碍，并在$d=2,3$维非平凡Bloch丛中构造了符合Thouless猜想的最优衰减率Wannier函数。
2025-05-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci math-ph
Crystal field with Wannier functions: Application to rare-earth aluminates
本文提出了一种计算晶场参数的方法{ \it ab initio}，并应用于铝酸钇中三价稀土杂质和TbAlO $_3$中Tb $^{3+}$离子。为了确定晶场参数，将Wannier函数表示的局域哈密顿量展开为一系列球面张量算符。Wannier函数是通过变换使用基于密度泛函理论的程序计算的Bloch函数而获得的。结果表明，随着$4f$电子数的增加，晶体场不断减小，$4f$态与氧配体态的杂化是重要的.对YAlO $_3$中的Nd $^{3+}$和Er $^{3+}$离子以及TbAlO $_3$中的Tb $^{3+}$离子进行了理论与实验的比较，发现两者符合得很好。
2013-06-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Spectral and Fermi surface properties from Wannier interpolation
我们提出了一个有效的第一性原理方法计算费米表面平均和光谱性质的固体，并用它来计算低场霍尔系数的几种立方金属和铁的磁性圆二色性。第一步是执行常规的第一性原理计算，并存储在布里渊区中的k点的均匀网格上评估的低位布洛赫函数。然后，我们将这些状态映射到一组最大局域化的Wannier函数上，并计算Wannier轨道之间的Hamilton矩阵元素和其他所需的算子，从而建立一个"精确紧束缚模型“。在这种紧凑的表示中，k空间量使用广义Slater-Koster插值来廉价地评估。由于Wannier轨道在实空间中的强局部化，k空间插值的光滑性和精度随着最初用于构造Wannier函数的网格点的数量而迅速增加。这使得k-空间积分以低成本进行从头算精度。在Wannier表示中，能带梯度、有效质量和其他输运系数和光学系数所需的k导数可以通过解析来计算，即使在能带交叉和弱避免交叉附近也可以产生数值稳定的结果。
2007-02-23 cond-mat.mtrl-sci
A Wannier-first approach for extended chiral systems
Central Michigan University（中密歇根大学）；University of Texas at El Paso（德克萨斯大学埃尔帕索分校）
该研究提出一种Wannier优先的DFT实空间方法，可高效模拟含螺旋对称性的手性/螺旋体系，经多种低维及三维体系验证，为相关体系计算提供了实用途径。
2026-09-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.atm-clus
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
Disentangling Orbital Magnetic Susceptibility with Wannier Functions
轨道磁化率虽然概念简单，但却涉及到丰富的物理过程，如带间效应。为了理解与轨道磁化率相关的丰富物理学，有必要推导出一个公式，将磁化率分解为每个带的贡献。在这里，我们提出了一个计划，使用修改后的Wannier函数进行这种分解。导出的公式很好地分解成带内和带间的贡献，并从另一方面，到巡回和本地的贡献的磁化率。在几个简单模型中检验了该公式的有效性。有趣的是，它揭示了分解的质量取决于所使用的Wannier函数的本地化程度。该公式补充了另一个Bloch函数公式或半经典理论公式，加深了我们对轨道磁化率的理解，并可作为更好的计算方法的基础。在本方案中的Berry曲率的关系也澄清。
2021-08-26 cond-mat.mes-hall 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
Orbital magnetization in periodic insulators
在Wannier表象下，我们导出了周期绝缘体的轨道磁化强度的表达式。磁化被证明是由两个贡献，一个明显的一个与内部循环的散装Wannier函数在内部，和一个意想不到的一个所产生的净电流进行Wannier函数附近的表面。每一个贡献都可以用规范不变的Bloch函数表示为一个体性质。我们的表达式进行了验证，通过比较有限和周期性样品的数值紧束缚计算。
2005-06-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
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
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
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
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
On the construction of Wannier functions in topological insulators: the 3D case
本文研究了三维时间反演对称拓扑绝缘体（玻色子型和费米子型）的指数定域复合Wannier基或等价光滑周期Bloch框架的可能性，使得所讨论的基也与时间反演对称性相容.这个问题被翻译在研究中，独立的兴趣，连续的，周期性的，和时间反演对称家庭的酉矩阵的同伦类。我们确定了三个$\mathbb{Z}_2$值完全不变这些同伦类。当这些不变量消失时，我们提供了一个算法，它构造了一个“多步”对数，用于连续变形的给定家庭成一个常数，等同于单位矩阵。该算法导致一个建设性的过程，以产生上述复合Wannier基地。
2017-09-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci math-ph
Higher dimensional Wannier functions of multi-parameter Hamiltonians
当使用Wannier函数来研究多参数哈密顿量$H^{(\boldsymbol k,\bf λ)}$的电子结构时，通常对$\bfλ$的一组值构造几组Wannier函数，所述多参数哈密顿量$\boldsymbol k$和附加的周期参数$\bfλ$具有依赖性。我们提出了高维Wannier函数（HDWFs）的概念，它提供了一个最小的和准确的描述的电子结构的多参数哈密顿的基础上的一组HDWFs。通过引入一个与参数$\bfλ$互逆的辅助实空间，克服了Bloch函数在不同参数$\bfλ$下不正交的障碍.我们推导出一个广义插值方案，并强调在使用的形式主义，例如，在线性响应系数的评价基本的概念和计算简化。我们进一步实施必要的机器，从从头开始构建HDWF内的全电位线性增广平面波方法（FLAPW）。我们应用我们的实现，以准确地插值的一个一维的磁性链的Mn原子在两个重要的情况下的$\bfλ$：（i）的自旋螺旋矢量$\boldsymbol q$，和（ii）的铁磁磁化方向$\hat{\boldsymbol m}$。使用广义插值的能量，我们提取相应的值的磁晶各向异性能，海森堡交换常数，和自旋刚度，比较非常好的直接第一性原理计算得到的值。对于玩具模型，我们表明，HDWF的方法也可以用于应用程序，如虚晶近似，铁电极化和自旋力矩。
2015-03-05 cond-mat.mtrl-sci
First-principles calculation of orbital Hall effect by Wannier interpolation: Role of orbital dependence of the anomalous position
本研究通过第一性原理计算，发现反常位置具有轨道依赖性，并基于Wannier插值方法，通过一致处理速度算符，修正了过渡金属轨道霍尔电导率的符号预测，强调了基函数空间依赖性的重要性。
2024-02-07 cond-mat.mes-hall 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
Bloch's theorem in orbital-density-dependent functionals: Band structures from Koopmans spectral functionals
Koopmans兼容的泛函提供了一个轨道密度依赖的框架，用于精确评估光谱特性;它们是通过对系统的总能量相对于任何轨道的占用施加广义分段线性条件而获得的。在晶体材料中，由于泛函的轨道密度依赖性，将总能量最小化到基态提供了一组最小化的变分轨道，这些变分轨道被局部化，从而打破了基础晶格的周期性。尽管如此，我们表明，布洛赫对称性可以被保存，它是可能的，以描述的电子态与带结构的图片，由于Wannier的变分轨道的字符。我们还提出了一种方法来展开和插值的电子带超原胞（$Γ$点）计算，这使我们能够计算完整的能带结构与Koopmans兼容的泛函。一组基准半导体和绝缘体的结果显示出非常好的协议与国家的最先进的多体微扰理论和实验，强调这些光谱泛函预测能带结构的可靠性。
2022-07-05 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Optical $N$-insulators: topological obstructions in the atomistic susceptibility tensor
拓扑能带理论的一个强有力的结果是，非平凡相位对构造局域化的Wannier函数造成了障碍。在陈氏绝缘体中，不可能构造出在两个方向上都具有平移对称性的Wannier函数。类似地，在量子自旋霍尔绝缘体中不能形成遵守时间反演对称性的瓦尼尔函数。拓扑学的分子轨道解释是有启发性的，最近被扩展到拓扑晶体绝缘体，其中包括与空间群对称性有关的障碍物。在这篇文章中，我们介绍了一类新的二维拓扑材料，称为光学$N$ -绝缘体，具有障碍，以构建局部分子极化率。光学不变量$N$是原子磁化率张量$χ$的缠绕数，并计算电磁线性响应理论中的奇点数。我们通过分析材料的光学能带结构--磁化率张量的本征向量--来破译这些奇异性，这些本征向量构成了光学布洛赫函数的集合。这些本征矢量的定域基是光学Wannier函数，它代表了分子在不同晶格位置的极化率。我们证明了在非平凡的光学相位$N\neq 0$中，这样的局域偏振基是不可能构造的。利用$K$理论的数学机制，这些光学$N$相被进一步细化以解释材料的潜在晶体对称性，从而产生物质的拓扑电磁相的分类。
2021-10-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
