Publicação: Modelos efetivos e fatores giromagnéticos via DFT2kp e funcionais híbridos
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CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA
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Resumo
A Teoria do Funcional da Densidade (DFT, do inglês Density Functional Theory) e o
método k · p são duas técnicas importantes para calcular as estruturas eletrônicas de
bandas de materiais cristalinos o que é fundamental para estudar propriedades eletrônicas,
ópticas e de transporte. O pacote DFT2kp integra a DFT e o método k · p ao implementar
rotinas computacionais para a construção automática de modelos k · p efetivos a partir
de dados ab initio de cálculos DFT. Neste trabalho foi investigado como o funcional
híbrido Heyd–Scuseria–Ernzerhof 2006 (HSE06) influencia os valores dos parâmetros
(massa efetiva, fatores giromagnéticos e constante de Dresselhaus) extraídos de modelos
k · p efetivos para o GaAs. Para tanto, foram realizados cálculos DFT com o funcional
semilocal do tipo Aproximação do Gradiente Generalizado de Perdew–Burke–Ernzerhof
(PBE-GGA, do inglês Perdew–Burke–Ernzerhof ) e o funcional híbrido HSE06 em diferentes
configurações. Os resultados evidenciam que o funcional HSE06 entrega valores de gaps de
bandas e parâmetros de modelos k · p mais precisos que o funcional semilocal. Observou-se
também que tais parâmetros são sensíveis a ajustes dos parâmetros ajustáveis do HSE06.
Por fim, foi feita uma análise da variação dos parâmetros k · p em função do gap de bandas,
mostrando que a aplicação de um scissor-shift em cálculos PBE-GGA pode produzir
resultados semelhantes aos obtidos com HSE06, sugerindo que, em aplicações em que se
toleram algum grau de imprecisão, o uso do HSE06 pode não compensar o seu elevado
custo computacional.
Abstract
The Density Functional Theory (DFT) and the k · p method are two important techniques
for calculating the electronic band structures of crystalline materials, which is fundamental
for studying their electronic, optical, and transport properties. The DFT2kp package inte-
grates DFT and the k·p method by implementing computational routines for the automatic
construction of effective k · p models from ab initio data generated by DFT calculations.
In this work, we investigated how the hybrid functional Heyd–Scuseria–Ernzerhof 2006
(HSE06) influences the values of the parameters (effective mass, g-factors, and Dresselhaus
constant) extracted from effective k · p models for GaAs. To this end, DFT calculations
were performed using both the semilocal Perdew–Burke–Ernzerhof Generalized Gradient
Approximation (PBE-GGA) functional and the hybrid HSE06 functional in various config-
urations. The results show that the HSE06 functional yields band gaps and k · p model
parameters that are more accurate than those obtained with the semilocal functional. It
was also observed that these parameters are sensitive to adjustments of the tunable HSE06
parameters. Finally, an analysis of the variation of the k · p parameters as a function of
the band gap was carried out, demonstrating that applying a scissor-shift to PBE-GGA
calculations can produce results similar to those obtained with HSE06, suggesting that in
applications tolerating some inaccuracy, the high computational cost of HSE06 may not
be justified.
Palavras-chave
DFT, método k · p, k · p method, estrutura de bandas, bands structure
Citação
MARTINS, Vitor Francisco Machado. Modelos efetivos e fatores giromagnéticos via DFT2kp e
funcionais híbridos. 2025. 46 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Física de Materiais) – Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2025.
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