激发态过程的多体理论方法pdf.PDF

第 26卷 　第 3期 发 　光 　学 　报 Vol26 No3 2005年 6月 CH IN ESE JOURNAL OF LUM IN ESCEN CE June, 2005 文章编号 : (2005) 激发态过程的多体理论方法 黄美纯 (厦门大学 物理与机电工程学院 物理系 , 福建 　厦门　36 1005) 摘要 : 描述多电子体系的绝大部分参量可实验测量 ,如吸收光谱 、发光光谱和激子效应等 ,都涉及电子激发 ( ) ( ) 态的正确描述 。密度泛函理论 D FT 框架内的局域密度近似 LDA 作为第一性原理基态理论 , 即基于 Kohn Sham 方程的解 ,是研究多粒子体系基态性质非常有力的工具 。然而 ,体系激发态的第一性原理理论及其计算 要比基态的理论计算复杂得多 。关键问题在于描写基态和激发态时 ,粒子间的交换关联相互作用并不相同 , 而对于非均匀相互作用多粒子体系的交换关联能至今仍不清楚 。不过 ,近年来关于激发态问题的研究 ,先后 发展了许多描述电子激发态的理论 ,最重要的是基于准粒子概念和 Green 函数方程的多体微扰理论和含时间 ( ) 密度泛函理论 TDD FT 以及与此相关的描述电子 空穴相互作用的 B etheSalp eter方程在凝聚态物理问题中 的应用 。其中最关键的物理量是粒子的自能算符 Σ,它描述 H artree近似之外的交换和关联效应 。虽然这些 理论不可避免地也要引入某些近似 ,如对于 Σ的一个好的近似就是 H edin 的 GW 近似方法 。对许多实际凝聚 ( ) 态体系的计算机模拟结果表明 , GW 近似是描述激发态问题相当成功的理论方法 。将 H artreeFock HF 理论 与 LDA 相结合 ,但采用非局域屏蔽交换代替 HF 方法中的局域非屏蔽交换相互作用 ,建立广义的 KS方程 ( ) ( ) GKS ,得到所谓屏蔽交换局域密度近似 sXLDA 方法 。我们在平面波 自洽场方法 PW scf程序包的基础上 , 发展了 PW scfsXLDA 方法 ,也是处理激发态问题及材料设计的有效方法 。将评述激发态过程多体理论各种 方法的发展和意义 ,讨论这些多体理论方法之间的联系和差异 ,并在此基础上介绍它们在解决半导体带带跃 ( ) 迁 或带隙偏小问题 、半导体及其微结构中的激子效应等重要领域的应用和成果 。 关 　键 　词 : 多体理论 ; 激发态过程 ; 第一性原理方法 中图分类号 : O472. 3; O482. 3 1　　　PACC : T125C; 9510C　　　文献标识码 : A 围的吸收谱 、透射谱 ;用电子激发的如电子能量损 1　引　　言 失谱 , 以及联合光子与电子的电子光发射谱和反 所有的光谱实验数据 ,都是样品受到某种扰 转电子光发射谱等 。最近 20年来 ,又发展了许多 ( ) 动 如入射光子 , 电子等等 ,然后测量样品对这 新的测量技术 ,极大地推动着半导体激发态