Analysis of the Performance of the mBJLDA Potential Considering Pressure Effects

Análisis del rendimiento del potencial mBJLDA considerando efectos de presión

En este artículo se presenta un análisis detallado del rendimiento del potencial modificado de Becke-Johnson (mBJLDA), considerando los efectos de la presión hidrostática. La brecha de energía prohibida fue calculada para un grupo de semiconductores usando el potencial mBJLDA. Estos resultados se compararon con los obtenidos por otros métodos de cálculo, para lograr un juicio objetivo de este potencial. Se encontró que la aproximación GW (GWA) brinda las predicciones más precisas. El potencial mBJLDA es, en general, un poco menos exacto. Los funcionales híbridos son menos precisos. En el 88% de los semiconductores tenidos en cuentra, el error fue menor del 10%. Tanto GWA como el potencial mBJLDA reproducen la brecha de energía prohibida de 15 de los 27 semiconductores considerados, con un error del 5% o menor. Enseguida, se analizó el comportamiento del potencial mBJLDA para describir los efectos de la presión hidrostática. Se calcularon los coeficientes de presión y el potencial de deformación volumétrica para un grupo de semiconductores utilizando este potencial. Los valores calculados se correlacionan muy bien con otros informes teóricos. Con estos resultados se concluyó que el potencial mBJLDA opera razonablemente bien en la descripción de los efectos de la presión hidrostática sobre la brecha de energía prohibida de los semiconductores.

1. INTRODUCCIÓN

Las ecuaciones de Khon-Sham [1] son fundamentales para la aplicación práctica de la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT). Para resolverlas, se requiere una aproximación a la energía de intercambio y correlación de la que se deriva un potencial de intercambio y correlación. La forma en que se aproxima este término es crucial para la correcta descripción de la estructura de bandas de los sólidos. La Aproximación de la Densidad Local (LDA) [2], la Aproximación del Gradiente Generalizado (GGA) [3-5] y la meta-GGA [3,6], entre otras, describen muy bien la estructura de banda electrónica de sistemas metálicos incluso complicados. Sin embargo, no logran dar cuenta del valor de la brecha de banda de los sistemas semiconductores, algo que se conoce desde hace varios años [7]. Los esfuerzos para resolver este problema se hicieron desde hace mucho tiempo. Se propusieron aproximaciones como el "operador tijera" [8], la Aproximación de la Densidad de Espín Local, LSDA+U [9] y métodos basados en el uso de funciones de Green y teoría de perturbaciones como la aproximación de GW, GWA [10,12]. En los últimos diez años, estos esfuerzos han dado lugar a resultados sustancialmente mejorados. Algunas de las nuevas propuestas incluyen, el funcional híbrido tamizado de Heyd, Scuseria y Ernzerhof (HSE) [13 - 15] y el funcional híbrido de intercambio y correlación de rango medio de Henderson, Izmaylov, Scuseria y Savin (HISS) [16,17].