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Particle–Particle Random Phase Approximation for Predicting Correlated Excited States of Point Defects
Journal of Chemical Theory and Computation ( IF 5.7 ) Pub Date : 2024-09-16 , DOI: 10.1021/acs.jctc.4c00829 Jiachen Li, Yu Jin, Jincheng Yu, Weitao Yang, Tianyu Zhu
Journal of Chemical Theory and Computation ( IF 5.7 ) Pub Date : 2024-09-16 , DOI: 10.1021/acs.jctc.4c00829 Jiachen Li, Yu Jin, Jincheng Yu, Weitao Yang, Tianyu Zhu
The particle–particle random phase approximation (ppRPA) within the hole–hole channel was recently proposed as an efficient tool for computing excitation energies of point defects in solids [J. Phys. Chem. Lett. 2024, 15, 2757–2764]. In this work, we investigate the application of ppRPA within the particle–particle channel for predicting correlated excited states of point defects, including the carbon-vacancy (VC) in diamond, the oxygen-vacancy (VO) in magnesium oxide (MgO), and the carbon dimer defect (CBCN) in two-dimensional hexagonal boron nitride (h-BN). Starting from a density functional theory calculation of the (N – 2)-electron ground state, vertical excitation energies of the N-electron system are obtained as the differences between the two-electron addition energies. We show that active-space ppRPA with the B3LYP functional yields accurate excitation energies, with errors mostly smaller than 0.1 eV for tested systems compared to available experimental values. We further develop a natural transition orbital scheme within ppRPA, which provides insights into the multireference character of defect states. This study, together with our previous work, establishes ppRPA as a low-cost and accurate method for investigating excited-state properties of point defect systems.
中文翻译:
用于预测点缺陷相关激发态的粒子-粒子随机相位近似
最近提出了孔-孔通道内的粒子-粒子随机相位近似(ppRPA)作为计算固体中点缺陷激发能的有效工具[ J. Phys。化学。莱特。 2024, 15, 2757–2764]。在这项工作中,我们研究了 ppRPA 在粒子-粒子通道中的应用,用于预测点缺陷的相关激发态,包括金刚石中的碳空位 (VC)、氧化镁 (MgO) 中的氧空位 (VO)、以及二维六方氮化硼(h-BN)中的碳二聚体缺陷(C B C N )。从( N -2)电子基态的密度泛函理论计算出发,获得N电子体系的垂直激发能作为两个电子加合能之间的差值。我们表明,具有 B3LYP 函数的主动空间 ppRPA 可以产生准确的激发能量,与可用的实验值相比,测试系统的误差大多小于 0.1 eV。我们进一步在 ppRPA 内开发了一种自然过渡轨道方案,它提供了对缺陷态的多参考特征的见解。这项研究与我们之前的工作一起,将 ppRPA 确立为一种低成本且准确的方法,用于研究点缺陷系统的激发态特性。
更新日期:2024-09-16
中文翻译:
用于预测点缺陷相关激发态的粒子-粒子随机相位近似
最近提出了孔-孔通道内的粒子-粒子随机相位近似(ppRPA)作为计算固体中点缺陷激发能的有效工具[ J. Phys。化学。莱特。 2024, 15, 2757–2764]。在这项工作中,我们研究了 ppRPA 在粒子-粒子通道中的应用,用于预测点缺陷的相关激发态,包括金刚石中的碳空位 (VC)、氧化镁 (MgO) 中的氧空位 (VO)、以及二维六方氮化硼(h-BN)中的碳二聚体缺陷(C B C N )。从( N -2)电子基态的密度泛函理论计算出发,获得N电子体系的垂直激发能作为两个电子加合能之间的差值。我们表明,具有 B3LYP 函数的主动空间 ppRPA 可以产生准确的激发能量,与可用的实验值相比,测试系统的误差大多小于 0.1 eV。我们进一步在 ppRPA 内开发了一种自然过渡轨道方案,它提供了对缺陷态的多参考特征的见解。这项研究与我们之前的工作一起,将 ppRPA 确立为一种低成本且准确的方法,用于研究点缺陷系统的激发态特性。