激发态的准粒子GW近似_精品文档PPT文件格式下载.ppt
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电子能带结构的理论描电子能带结构的理论描述是第一性原理述是第一性原理First-principles中最具挑战中最具挑战性的问题之一。
性的问题之一。
FormallyequivalentElectronInteractionExternalpotentialHardproblemtosolveSchrdingerequation“Easy”problemToSolveDFTPropertiesofthesystemNon-interactingelectron(KSparticle)EffectivepotentialLDAGGAetc量子力学体系的性质可以通过量子力学体系的性质可以通过求解薛定格方程求解薛定格方程(SE)进行计算。
进行计算。
但更加容易的、形式上等价的方法是但更加容易的、形式上等价的方法是求解求解DFT的的KS方程。
方程。
但是准确的但是准确的Exc(r)并不知道。
需要采用近似方法,如并不知道。
需要采用近似方法,如LDAorGGA。
这就会影响这就会影响KS解的精度。
解的精度。
SEDFT科恩科恩-沈沈(Kohn-Sham,K-S)密度泛函理论密度泛函理论(DFT)现在已经最广泛地应用于凝聚态物理和量子化学中电子现在已经最广泛地应用于凝聚态物理和量子化学中电子结构的计算结构的计算.它是它是K-S本征态的、自洽的、有效的、单本征态的、自洽的、有效的、单电子薛定谔方程的平均场理论电子薛定谔方程的平均场理论,但是包含了基态电子密但是包含了基态电子密度和总能的全部的关联效应度和总能的全部的关联效应.K-S方程方程PAW_LDAPBEPKZBB3LYP,PBE0,HSE03K-SDFT的发展的发展DFT的困境的困境DFT的最大缺陷是计算的晶体能带能的最大缺陷是计算的晶体能带能量分子的电离能和亲合能与实验值偏差量分子的电离能和亲合能与实验值偏差比较大,比较大,例如半导体的带隙宽度通常例如半导体的带隙宽度通常比实验值小比实验值小30%50%,误差达到误差达到0.52.0eV。
DFT计算晶体的基态电子结构以及基态能量与实验值相比较计算晶体的基态电子结构以及基态能量与实验值相比较为精确;
可以得到较为正确的电子结构能带色散关系,在对材为精确;
可以得到较为正确的电子结构能带色散关系,在对材料的一些基态性质,比如结合能,键长,声子谱等的计算也获料的一些基态性质,比如结合能,键长,声子谱等的计算也获得成功得成功DFT与与GW的能带图比较的能带图比较能隙测量与准粒子能隙测量与准粒子quasiparticle光电子能谱光电子能谱反光电子能谱反光电子能谱空穴准粒子空穴准粒子电子准粒子电子准粒子在光电子能谱方法中,在光电子能谱方法中,给定能量的光子照射在样给定能量的光子照射在样品表面,品表面,激发体系中占据激发体系中占据不同能级的电子,使其成不同能级的电子,使其成为自由电子并以一定能量为自由电子并以一定能量和角度离开表面通过检测和角度离开表面通过检测这些电子在不同能量的强这些电子在不同能量的强度分布,度分布,就可以获取材料就可以获取材料各占据态的电子结构信息。
各占据态的电子结构信息。
GW近似近似动态屏蔽动态屏蔽库仑势库仑势格林格林函数函数单粒子格林函数单粒子格林函数准粒子准粒子自我作用能自我作用能self-energyKohnSham(KS)equationsofsingle-particlethequasi-particleequation自我作用能自我作用能self-energyself-energyPerformanceoftheGWapproximationBandwidthofalkalimetalsLDAGWExpt.Li3.52.93.0eVNa3.22.52.7eVK2.31.61.4eVTheGWapproximationresolvestheband-gapproblemofLDAandalsoyieldsgoodbandwidths.光吸收谱光吸收谱材料的光吸收谱材料的光吸收谱:
体系吸收一定能量体系吸收一定能量的光子,由其基态激发为电子激发态,的光子,由其基态激发为电子激发态,对应于光吸收谱带边的能量常被称为光对应于光吸收谱带边的能量常被称为光学带隙学带隙(opticalbandgap)。
光吸收过程是在体系中同时产生存在光吸收过程是在体系中同时产生存在相互作用的一个空穴和一个电子,相互作用的一个空穴和一个电子,形形成了激子成了激子(exciton)。
能隙测量与激子能隙测量与激子Bethe-Salpeter方程方程双粒子关联函数Bethe-Salpeter方程交换项交换项Kx描述的是电子和空穴之间的交换作用,它决定了光谱描述的是电子和空穴之间的交换作用,它决定了光谱中单重态和三重态之间的劈裂以及横激子和纵激子之间的劈裂中单重态和三重态之间的劈裂以及横激子和纵激子之间的劈裂.吸引项吸引项Kd描述的是电子和空穴之间的屏蔽相互作用,该项将电描述的是电子和空穴之间的屏蔽相互作用,该项将电子和空穴束缚在一起形成电子子和空穴束缚在一起形成电子-空穴对空穴对跃迁的组合系数,跃迁的组合系数,反映了从价带反映了从价带v到导带到导带c的跃迁在激发的跃迁在激发态态s中所占的权重中所占的权重.光活性黄蛋白光活性黄蛋白,绿荧光蛋白和视黄醛发色团分子模型激发能的多体格绿荧光蛋白和视黄醛发色团分子模型激发能的多体格林函数理论计算值与实验值和其它第一性原理计算值的比较,能量单位林函数理论计算值与实验值和其它第一性原理计算值的比较,能量单位eVeV目前比较著名的拥有目前比较著名的拥有GW和和BSE方法的程方法的程序序有有Yambo,Abinit,Exciting,BerkeleyGW等,等,VASP程序目前只有程序目前只有GW方法方法。
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