概述
此前的 QuantumATK 版本中已经实现了基于 LCAO 基组的 HSE06 杂化泛函计算。与平面波基组相比，使用 LCAO 基组可将速度提高 100 倍，从而实现高效的大规模模拟。有关基于 LCAO 基组的杂化泛函计算的速度优势以及在半导体材料和异质结构中的应用，请参见：
杂化泛函计算设置的新GUI
在此基础上，最新版本（2021.06）进一步优化和改进了 HSE06-LCAO 算法，实现了HSE06-DDH方法，并扩展了 HSE06-LCAO 的应用范围：
- 实现了自旋极化、自旋非共线和自旋-轨道耦合计算；
- 实现晶格张力计算，可以用于结构优化；
- 默认应用于 k 点采样的 Born-von Karman 边界条件可以大大减少内存消耗；
- 可以在 GUI 上调节 HSE06 的屏蔽距离和精确交换作用比例系数 alpha；
- 实现 HSE06-NEGF 计算，可以更好的模拟能带排列图和器件的伏安特性。
最新的版本（2021.06）中又新增加了 PBE0，B3LYP，B3LYP5 等杂化泛函，可以更精确的计算电子结构，结合能和扩散势垒等。
介电依赖的杂化泛函（HSE06-DDH）
HSE06-DDH-LCAO改进宽带隙材料的带隙计算
基于 LCAO 基组的介电依赖杂化泛函（HSE06-DDH），用于快速和高精度地模拟复杂半导体材料、界面，以及由具有不同带隙的多层组成栅极堆叠结构的电子特性（例如先进半导体逻辑电路的 HKMG 堆叠）。
- R-2020.09 版本引入的 HSE06-LCAO 使用固定的精确交换作用比例系数（alpha=0.25），这对低带隙的材料可以给出很好的带隙；新实现的HSE06-DDH 改进了这个方法，采用与材料有关的 alpha 值，这样可以对更广泛的材料给出更好的带隙；
- HSE06-DDH 对精确模拟界面和栅极堆叠结构的电子态非常重要；
- LCAO 基组联合 HSE06-DDH 方法可以使用有限的计算资源高效率的计算非常大的体系。
复杂半导体材料、界面和栅极堆叠
HSE06-DDH可以更好的得到多层堆叠结构的能带排列
采用介电相关的杂化泛函 HSE06（HSE06-DDH）方法，研究由不同带隙的多层结构组成的材料、界面和栅堆（例如HKMGs）结构的快速、高精度电子性能。
- HSE06-DDH 方法采用与材料相关的精确交换作用的比例系数
- 与 LCAO 基组一起，可以使用有限的硬件进行高效的大规模模拟
- HSE06-LCAO 现在可以实现包含应力和自旋极化的几何优化
- 与 HSE06-PlaneWave 相比，精确的大规模电子特性级模拟速度更快
- 使用新的 Inverse Participation Ratio（IPR）分析工具，用于评价局域态
- 深入分析部分具有缺陷、非晶材料、表面和界面的体系的电子态和振动态，例如 HKMG 和 3D-NAND 存储器堆叠。
- 绘制 PDOS、LDOS 和 PLDOS 中的带边
- 改进对缺陷与掺杂的模拟
- 更容易设置单个缺陷迁移路径
- 应用约束和点缺陷对称性，以降低缺陷扩散模拟的计算成本，例如在 HKMG 堆中的界面处
器件模型与杂化泛函 HSE06-NEGF 计算
HSE06 和 PBE 在 NEGF 器件模拟中的对比
新版本开始，NEGF 方法可以与 HSE06 杂化泛函结合（HSE06-NEGF）更好的模拟能带排列图和伏安特性，HSE06-NEGF可以对新颖的一维和二维材料构成的 FET 器件更好的模拟能带图和伏安特性，更好的筛选优化FET的沟道材料。
新增杂化泛函 PBE0、B3LYP 和 B3LYP5
杂化泛函 PBE0、B3LYP 和 B3LYP5 杂化泛函可以得到更精确（相对于 GGA DFT 来说）的分子 HOMO-LUMO 能隙、结合能、活化能、扩散势垒，这些与电池材料、光学性质（极化率和极化率各向异性）、液晶等体系和性质的研究有重要应用。
新增杂化泛函对分子体系可以得到很好的结果
- 实现了杂化泛函 PBE0、B3LYP 和 B3LYP5，可以更好的计算分子的 HOMO-LUMO 能隙、结合能、活化能、扩散势垒和光学性质（极化率和极化率各向异性）等；
- 可以选择平面波 PlaneWave 基组或 LCAO 基组，可以包含自旋极化，可以进行晶格张力计算；
- 可以在 GUI 上调节屏蔽距离和精确交换作用比例系数 alpha。
参考
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