JPCM编辑优选：华中科技大学薛堪豪、缪向水团队发表平面波赝势方法长篇综述
本研究来自华中科技大学集成电路学院薛堪豪课题组。本论文详细阐述并推导了基于平面波赝势方法计算固体电子能带结构所需的各种知识，包括能带图的基本涵义、单电子近似的手续、各种平面波基组、各种赝势的原理、形式与优缺点、哈密顿矩阵在实际代码中的构建与存储、总能量的计算、实际可行的对角化算法、电荷混合算法等，并对目前常用的平面波赝势代码进行了综述。论文几乎涵盖了平面波赝势方法计算固体能带所需的一切知识，数学推导详细，并且只需要读者学习过本科量子力学以及基础的固体物理。论文强调并详细解释从固体物理基本原理到实际第一性原理软件包之间所缺失的各部分知识点。特别是，论文从正交化平面波方法开始，一直到2013年Hamann提出的ONCV赝势，遵照发展顺序与逻辑次序，给予了详细的数学推导。论文第20页到28页对目前最为先进的ONCV赝势进行了全面的介绍和解释，是对ONCV赝势的首次详尽评述。在哈密顿对角化方面，重点介绍了目前应用较多的共轭梯度法以及blocked Davidson方法。本论文适合本科生、研究生以及相关固体能带计算领域的研究者，是一份详尽而易读的参考资料。 文章介绍 Fundamentals of plane wave-based methods for energy band calculations in solidsShengxin Yang（杨晟鑫）, Kan-Hao Xue（薛堪豪） and Xiangshui Miao（缪向水）通讯作者： 薛堪豪，华中科技大学集成电路学院 研究背景： 固体能带结构的计算已经经历了一个世纪的发展，各种新概念和新方法层出不穷。现有固体物理或半导体物理教科书对于能带结构计算的讲述，往往与实际科研的需求并不匹配。例如，教科书上往往以原胞法、缀加平面波法、正交化平面波法、赝势方法为主，但实际计算软件往往采用密度泛函理论搭配赝势进行计算。初学者往往并不知晓，密度泛函理论与缀加平面波基组其实是为了解决不同层面的问题而提出的。另外，教科书上的赝势侧重于解释为什么固体中的价电子比预想的更加自由和离域化，但实际计算往往牵涉具体的Troullier-Martins赝势、超软赝势、PAW方法以及ONCV赝势等。如何架设固体物理教科书与实际科研中能带计算之间的桥梁，以及从固体物理的基础知识出发编写实际可用的代码，是本论文的写作背景和宗旨。 研究内容： 以往的综述论文中，有Jones对密度泛函理论的综述等，以及一些针对赝势方法的综述，但尚缺少平面波赝势方法的全面综述，尤其是针对初学者友好的综述。本论文以本科生为受众，在该方面做出了积极的尝试。 论文第一作者为华中科技大学集成电路学院博士生杨晟鑫，通讯作者为华中科技大学集成电路学院薛堪豪教授。 作者介绍 薛堪豪 教授 华中科技大学 薛堪豪，华中科技大学集成电路学院教授，国家级青年人才。本科与硕士分别毕业于清华大学电子工程系与清华大学微电子学研究所，荣获 2007 年清华大学优秀硕士毕业生。2007 年 8 月至 2010 年 5 月于美国科罗拉多大学珂泉分校攻读博士学位，获科罗拉多大学 2010 年优秀毕业生。先后在美国和法国从事博士后研究工作，2015 年 6 月回国。在《Physical Review Letters》等国际期刊上发表论文 150 余篇，其中一作、通讯（含共同通讯）发表 80 余篇，入选爱思唯尔全球前2%顶尖科学家榜单。主持国家重点研发计划课题1项、国家自然科学基金项目3项，以及高德红外、华为等工业界横向项目。2018 年提出的基于密度泛函的能带计算方法 shell...
