論文の概要: Orbital localization error of density functional theory in shear properties of vanadium and niobium

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2003.06626v1
• Date: Sat, 14 Mar 2020 13:26:33 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-05-29 04:21:57.816104
• Title: Orbital localization error of density functional theory in shear properties of vanadium and niobium
• Title（参考訳）: バナジウムおよびニオブのせん断特性における密度汎関数理論の軌道偏位誤差
• Authors: Y. X. Wang, Hua Y. Geng, Q. Wu, and Xiang R. Chen
• Abstract要約: 密度汎関数理論(DFT)は、s、p、d軌道を持つほとんどの元素を非常によく表していると考えられている。 本研究では,LDA,GGA,メタGAを含む広く用いられている交換相関関数 (xc) が,V,Nbのせん断率と位相安定性を過小評価していることを明らかにした。 一方、相関系ではよく用いられる高度なハイブリッド汎関数は、これらの2つの単純な金属では完全に失敗する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: It is believed that the density functional theory (DFT) describes most elements with s, p and d orbitals very well, except some materials that having strongly localized and correlated valence electrons. In this work, we find that the widely employed exchange-correlation (xc) functionals, including LDA, GGA and meta-GGA, underestimate the shear modulus and phase stability of V and Nb greatly. The advanced hybrid functional that is usually better for correlated system, on the other hand, completely fails in these two simple metals. This striking failure is revealed due to the orbital localization error in GGA, which is further deteriorated by hybrid functionals. This observation is corroborated by a similar failure of DFT+U and van der Waals functionals when applied to V and Nb. To remedy this problem, an semi-empirical approach of DFT+J is proposed which can delocalize electrons by facilitating the on-site exchange. Furthermore, it is observed that including density derivatives slightly improves the performance of the semi-local functionals, with meta-GGA outperforms GGA, and the latter is better than LDA. This discovery indicates the possibility and necessity to include higher-order density derivatives beyond the Laplacian level for the purpose to remove the orbital localization error (mainly from d orbitals) and delocalization error (mainly from s and p orbitals) completely in V and Nb, so that to achieve a better description of their electronic structures. The same strategy can be applied to other d electron system and f electron system.
• Abstract（参考訳）: 密度汎関数理論(DFT)は、強い局在化と相関した価電子を持ついくつかの物質を除いて、s、p、d軌道を持つほとんどの元素を非常によく表していると考えられている。 本研究では,LDA,GGA,メタGAを含む広く用いられている交換相関関数 (xc) が,V,Nbのせん断率と位相安定性を著しく過小評価していることを明らかにした。 相関系において通常より優れた高度なハイブリッド汎関数は、これら2つの単純な金属において完全に失敗する。 この衝撃的故障はggaの軌道局在誤差により明らかにされ、ハイブリッド機能によりさらに劣化する。 この観察は、DFT+Uとファンデルワールス関数がVおよびNbに適用されたときと同様の失敗によって裏付けられる。 この問題を解決するために、DFT+Jの半経験的アプローチを提案し、オンサイト交換を容易にすることで電子を非局在化する。 さらに, 密度誘導体を含むと, 半局所関数の性能はわずかに向上し, メタGAはGGAより優れ, 後者はLDAより優れていた。 この発見は、軌道定位誤差(主にd軌道から)と非定位誤差(主にs軌道とp軌道から)を完全にVとNbで除去するために、ラプラシア準位を超えて高次密度微分を含めることの可能性と必要性を示している。 同じ戦略を他のd電子系やf電子系にも適用することができる。

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