Accurate ionization potential of semiconductors from efficient density functional calculations

物理 半导体 激发 电离 局部密度近似 密度泛函理论 撞击电离 统计物理学 带隙 随机相位近似 计算物理学 量子力学 离子
作者
Lin-Hui Ye
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:94 (3) 被引量:8
标识
DOI:10.1103/physrevb.94.035113
摘要

Despite its huge successes in total-energy-related applications, the Kohn-Sham scheme of density functional theory cannot get reliable single-particle excitation energies for solids. In particular, it has not been able to calculate the ionization potential (IP), one of the most important material parameters, for semiconductors. We illustrate that an approximate exact-exchange optimized effective potential (EXX-OEP), the Becke-Johnson exchange, can be used to largely solve this long-standing problem. For a group of 17 semiconductors, we have obtained the IPs to an accuracy similar to that of the much more sophisticated $GW$ approximation (GWA), with the computational cost of only local-density approximation/generalized gradient approximation. The EXX-OEP, therefore, is likely as useful for solids as for finite systems. For solid surfaces, the asymptotic behavior of the ${v}_{xc}$ has effects similar to those of finite systems which, when neglected, typically cause the semiconductor IPs to be underestimated. This may partially explain why standard GWA systematically underestimates the IPs and why using the same GWA procedures has not been able to get an accurate IP and band gap at the same time.
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