利用新的理論、新計算工具和強大的計算能力，電子材料的計算篩選是實驗探索的一種有效而經(jīng)濟的選擇。例如這些計算工具協(xié)助發(fā)現(xiàn)了諸如TmAgTe2、NbFeSb、NbCoSn和CdIn2Te4等許多新的高性能熱電（TE）候選材料。人們還借此類工具探索出高遷移率的氧化物、發(fā)現(xiàn)了作為透明導體的新材料，并可能應用于顯示器、發(fā)光二極管和太陽能電池等。一些通過計算確定的TE候選材料（如Ba2BiTaO6和TaIrGe）已得到實驗驗證。許多以前的工作都是基于載流子遷移率μ、電導率σ和塞貝克系數(shù)S的預測。盡管基于Boltzmann輸運方程（BTE）的最新工具和理論能夠準確預測電子和聲子的輸運性質(zhì)，但其高復雜性和高計算成本，限制了其高通量篩選預測。

該研究提出了一種計算效率高的第一性原理方法，以預測半導體本征電荷輸運性質(zhì)。來自新加坡科學技術研究局高性能計算研究所的Gang Wu和Shuo-Wang Yang共同領導的團隊，通過引入廣義Eliashberg函數(shù)并加入光學聲子極化、雜質(zhì)散射和自由載流子屏蔽等過程，經(jīng)過密度泛函微擾理論的計算，使該方法在計算量很小的情況下，尤其對非極性和極性半導體都能實現(xiàn)高保真度。該研究論證了極性光學聲子散射的重要性，這表明在研究極性半導體的電子性質(zhì)時，在沒有考慮極性光學聲子散射時，需格外小心。通過與Si、GaAs、Mg2Si和NbFeSb的實驗和理論結果進行的比較，作者驗證了這一方法的可靠性，并揭示了NaInSe2是一種潛在的新型熱電材料。該方法的提出可廣泛應用于高遷移率半導體和高性能熱電光伏材料的高通量篩選。

該文近期發(fā)表于npj Computational Materials6:46 (2020)，英文標題與摘要如下。

EPIC STAR: a reliable and efficient approach for phonon- and impurity-limited charge transport calculations

Tianqi Deng, Gang Wu, Michael B. Sullivan, Zicong Marvin Wong, Kedar Hippalgaonkar, Jian-Sheng Wang & Shuo-Wang Yang

A computationally efficient first-principles approach to predict intrinsic semiconductor charge transport properties is proposed. By using a generalized Eliashberg function for short-range electron–phonon scattering and analytical expressions for long-range electron–phonon and electron–impurity scattering, fast and reliable prediction of carrier mobility and electronic thermoelectric properties is realized without empirical parameters. This method, which is christened “Energy-dependent Phonon- and Impurity-limited Carrier Scattering Time AppRoximation (EPIC STAR)” approach, is validated by comparing with experimental measurements and other theoretical approaches for several representative semiconductors, from which quantitative agreement for both polar and non-polar, isotropic and anisotropic materials is achieved. The efficiency and robustness of this approach facilitate automated and unsupervised predictions, allowing high-throughput screening and materials discovery of semiconductor materials for conducting, thermoelectric, and other electronic applications.

責任編輯：xj

原文標題：npj: EPIC STAR—限制聲子和雜質(zhì)的電荷輸運的計算

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