什麼是布里淵區的高對稱點?

好像網上這部分的資料比較少,為什麼叫高對稱點呢?有什麼用?另外好像對於不同晶系,高對稱點也是不一樣的?


晶體的對稱性由一個空間群來描述,只保留空間群操作的轉動部分、扔掉平移部分就得到一個晶體點群 G 。對於布里淵區里的任意一個 f k 點,可以定義其小群為 G_old{k} = {gin G | g old{k}=old{k}} ,倘若小群是不平庸的(即包含恆元以外的其它轉動),則稱 f k 為一個高對稱點。一般可以把晶體點群對小群做陪集分解, G=h_1 G_old{k} + h_2 G_old{k} + cdots ,每個陪集里的元素都把 f k 轉動到同一個點 h_i f k 上,這些點稱為 f k 的等價點。等價點的數目由 |G|/|G_old{k}| 給出。對於所有布里淵區里的點都只取其一個等價點,則得到簡約布里淵區。

其實上面的論述只對簡單空間群成立,對於非簡單空間群,小群也應該定義為一個空間群而不是一個點群。

關於空間群的信息,高對稱點的信息,以及空間群的表示等可以從Bilbao網站上學習:Bilbao Crystallographic Server


我的理解是,在對稱性比較高的晶系的第一布里淵區內,我們需要計算的能帶,很多部分都是重複的(可以通過對稱性操作重複出來)。因此為了減少一些計算量,我們可以選出一系列高對稱點圍出一個簡約布里淵區

在簡約布里淵區里來計算能帶,可以花費更少的計算資源來計算精度更好的能帶。

至於對於不同晶系,因為不同晶系的對稱性完全不一樣,因此布里淵區不一樣,那麼簡約布里淵區就不一樣,高對稱點自然更是不一樣了。

舉個例子

分別是簡單立方和六角晶格的倒空間圖,圖中黑色線條圍成的是第一布里淵區,而綠色線條圍成的就是簡約布里淵區,而圖中A、H、L、K、G和M等點即是高對稱點。


計算能帶時,關於布里淵區k點路徑的選擇,強烈推薦下面這篇文獻:

High-throughput electronic band structure calculations: Challenges and tools

https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2010.05.010


比如(0.0.0)是個高對稱點,具有格點所有的對稱性,沿著高對稱路徑對應的點也可以稱為高對稱點

一般就是指簡併度較高的點,這些點一般會有能帶交疊。因為對稱性越低,能帶越複雜,也越多。


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