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交换关联函数的层次结构在计算岩盐和闪锌矿半导体晶格热导率中的应用
晶格热导率（κL）是晶体固体的一个重要特性，对热管理、能量转换和热障涂层具有重要意义。基于密度泛函理论（DFT）的计算工具的进步使得能够有效利用基于声子准粒子的方法来揭示各种晶体系统的潜在物理原理。虽然高阶非谐性通常用于解释晶体中的异常传热行为，但DFT中的交换关联（XC）函数对描述非谐性的影响却在很大程度上被忽视了。XC 函数对于确定 DFT 描述固体和分子中电子/离子之间相互作用的准确性至关重要。然而，固体物理中大多数XC泛函主要侧重于计算只需要原子偏离平衡态很小位移（在谐波近似内）的性质，如谐波声子和弹性常数，而非谐性则涉及较大的原子位移。因此，对于XC泛函来说，在非谐性水平上准确描述原子相互作用更具挑战性。本研究采用多种XC泛函,如局部密度近似(LDA)、Perdew-Burke-Ernzerhof(PBE)、固体和表面的修正PBE(PBEsol)、优化的B86b泛函(optB86b)、修正的Tao-Perdew-Staroverov-Scuseria(revTPSS)、强约束和适当范数泛函(SCAN)、正则化SCAN(rSCAN)和正则化恢复SCAN(r2SCAN)以及不同的扰动阶数,包括谐波近似内的声子(HA)加三声子散射(HA+3ph)、用自洽声子理论计算的声子(SCPH)加三声子散射(SCPH+3ph)、SCPH声子加三声子和四声子散射,系统地研究了16种具有岩盐和闪锌矿结构的二元化合物的室温κL。 (SCPH+3,4ph)。结果表明，XC 函数与扰动阶表现出强纠缠，计算出的 κ L 的平均相对绝对误差 (MRAE) 受 XC 函数和扰动阶的强烈影响，导致误差抵消或放大。在 HA+3ph 级别的 revTPSS (rSCAN)、在 SCPH+3ph 级别的 SCAN (r 2 SCAN) 和在 SCPH+3,4ph 级别的 PBEsol (rSCAN) 中实现了最小 (最大) MRAE。在这些函数中，PBEsol 在最高扰动阶下表现出最高的精度。SCAN 相关函数表现出中等精度，但存在数值不稳定性且计算成本高的问题。此外，所有 XC 函数都识别出了四次非谐性对岩盐和闪锌矿结构中 κ L 的不同影响，这归因于这两种结构中不同的晶格非谐性。这些发现对于选择合适的泛函来描述非谐声子提供了有价值的参考，并为高阶力常数计算提供了见解，有助于开发更精确的固体材料XC泛函。