[论文解读] Detailed analysis of the performance of the modified Becke-Johnson potential

J. A. Camargo-Martínez, R. Baquero|arXiv (Cornell University)|Jun 17, 2012

Surface and Thin Film Phenomena被引用 110

一句话总结

本文在Wien2K代码中评估了改进的Becke-Johnson势（mBJLDA），以改善半导体的带隙预测。通过计算41种半导体的能带结构，结果表明与实验带隙的吻合度显著提高，尤其是当采用LDA和GGA晶格参数的平均值时；然而残余问题表明该问题仍未完全解决。

ABSTRACT

Very recently, in the 2011 version of the Wien2K code, the long standing short come of the codes based on Density Functional Theory, namely, its impossibility to account for the experimental band gap value of semiconductors, was overcome. The novelty is the introduction of a new exchange and correlation potential, the modified Becke-Johnson potential (mBJLDA). In this letter, we report our detailed analysis of this recent work. We calculated using this code, the band structure of forty one semiconductors and found an important improvement in the overall agreement with experiment as Tran and Blaha [{\it Phys. Rev. Lett.} 102, 226401 (2009)] did before for a more reduced set of semiconductors. We found that by using the average of the two lattice parameters (LDA and GGA) a better agreement with the band gap experimental value is systematically obtained. On the other hand, the band structure calculated with the mBJLDA potential seems, at first sight, a simple rigid displacement of the conduction bands towards higher energies. We conclude that, in spite of the very important improvement in the band gap agreement with experiment using the new mBJLDA potential, there are issues that point to the fact that this problem is not yet totally closed.

研究动机与目标

• 评估改进的Becke-Johnson势（mBJLDA）在预测半导体带隙方面的性能。
• 解决基于DFT的计算代码长期存在的对半导体实验带隙低估的问题。
• 研究结合LDA和GGA晶格参数是否能提高带隙预测的准确性。
• 分析mBJLDA引起的能带结构在结构和能量上的变化。

提出的方法

• 在Wien2K代码中应用mBJLDA势进行电子结构计算。
• 使用mBJLDA势计算41种半导体的能带结构。
• 采用由LDA和GGA结果导出的平均晶格参数以改善结构输入。
• 将计算得到的带隙与实验值进行比较，以评估准确性。
• 分析mBJLDA下能带结构的变化，特别是导带位移。
• 对mBJLDA在广泛半导体体系中的性能进行系统性评估。

实验结果

研究问题

• RQ1 与标准DFT泛函相比，mBJLDA势在多大程度上改善了带隙预测？
• RQ2 使用LDA与GGA之间的平均晶格参数是否能进一步提高与实验带隙的一致性？
• RQ3 mBJLDA势如何改变能带结构，特别是导带位置？
• RQ4 尽管带隙预测一致性有所改善，mBJLDA方法是否仍存在系统性偏差或未解决的问题？

主要发现

• mBJLDA势在41种半导体中显著提高了计算带隙与实验带隙的一致性。
• 采用LDA和GGA晶格参数的平均值可系统性地提高与实验带隙值的一致性。
• 与标准DFT泛函相比，mBJLDA计算中的导带几乎呈现刚性向上位移。
• 尽管有显著改进，本文仍识别出未解决的问题，表明DFT中的带隙问题尚未完全解决。