Zero-point lattice expansion and band gap renormalization: Grüneisen approach versus free energy minimization
Notice bibliographique
Résumé
The zero-point lattice expansion (ZPLE) is a small variation of the lattice parameters induced by the presence of phonons in a material compared to the static lattice picture. It contributes significantly to the zero-point renormalization (ZPR) of the band gap energy, but its consequences have not been investigated as thoroughly as those stemming from electron-phonon interactions. In the usual first-principles approach, one evaluates the ZPLE by minimizing the $T=0$ K Helmholtz free energy. In this work, we show that the formalism based on the Gr\"uneisen parameters, which commonly neglects zero-point effects, can be efficiently used to compute the ZPLE for both isotropic and anisotropic materials at a much lower computational cost. We systematically test this formalism on 22 cubic and wurtzite materials, and we obtain excellent agreement with free energy minimization results for both the ZPLE and the resulting band gap ZPR. We use our results to validate an empirical expression estimating the ZPLE-induced ZPR, and we unveil its sensitivity to the temperature range involved in estimating the ZPLE from experimental data. Our findings finally reveal that the ZPLE contribution to the band gap ZPR can reach from 20% to more than 80% of the electron-phonon interaction contribution for heavier or more ionic materials, including materials containing light atoms. Considering both contributions on an equal footing is thus essential should one attempt to compare theoretical ZPR results with experimental data.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,002 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».