布里渊区图示
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的Wigner-Seitz原胞给出。
金刚石结构的Si、Ge和闪锌矿结构的Ⅲ-Ⅴ族半导体等, 都具有面心立方Bravais格子, 因此都具有体心立方的倒格子, 从而也都具有相同形状的第一Brilouin区, 为截角八面体(即是由6个正方形和8个正六边形构成的14面体)。
3布里渊区的特殊k点采样问题研究介绍在各种周期性边界条件的第一原理计算方法中,需要涉及到在布里渊区的积分问题,例如总能、电荷密度分布,以及金属体系中费米面的确定等等。
如果采用普通的在布里渊区内均匀选取k点的方法,那么为了得到精确的结果点的密度必须很大,从而导致非常大的计算量。
这使得计算的效率非常低下。
因此,需要寻找一种高效的积分方法,可以通过较少的点运算取得较高的精度。
而这些k点被称之为“平均值点”(Baldereschi)或者“特殊点”(Chadi, Cohen)。
[1]基本思想Chadi和Cohen最早提出了这种特殊点的数学基础[1]。
考虑一个光滑函数,我们可以将其展为傅立叶级数:假设另有一个拥有体系全部对称性(对称性用对称群表示)的函数,满足条件,则我们可以将用展开如下:其中是对称群的阶数。
设,将上式的求和顺序重新组合可以得到其中是距离原点第近邻的球半径,按升序排列,且。
需要注意的是限制条件具有球对称性,也即高于的对称性,所以满足限制条件的格点集合并不一定都是等价的——或说可以通过中的操作联系起来的——格点。
方程(3)中的函数满足下列条件:上式中是倒格矢,是满足条件的格点数。
五个方程分别表明函数在第一布里渊区内成奇函数、具有正交性、周期性、体系对称性和完备性。
对于特殊点法而言,前两条更为重要。
注意到上面公式中的求和从1开始,因此需要对的情况进行单独定义。
我们定义,则函数的平均值为:那么该如何得到呢?注意方程(3),如果存在这样的特殊点,使其满足:>那么立刻可以得到,这样的点被称为“平均值点”。
但是普遍的讲,满足上述条件的点并不存在。