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Uría-álvarez, Alejandro JoséAutor (correspondencia)Garcia-Blazquez, M AAutor o CoautorPalacios, Juan JoseAutor o Coautor

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8 de julio de 2024
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Artículo
Sí

Efficient computation of optical excitations in two-dimensional materials with the Xatu code

Publicado en: Computer Physics Communications. 295 109001- - 2024-02-01 295(), DOI: 10.1016/j.cpc.2023.109001

Autores:

Uría-Alvarez, AJ; Esteve-Paredes, JJ; García-Blázquez, MA; Palacios, JJ
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Afiliaciones

Inst Nicolas Cabrera, Condensed Matter Phys Ctr IFIMAC, Madrid 28049, Spain - Autor o Coautor
Univ Autonoma Madrid, Dept Fis Mat Condensada, Madrid 28049, Spain - Autor o Coautor

Resumen

Here we describe an efficient numerical implementation of the Bethe-Salpeter equation to obtain the excitonic spectrum of semiconductors. This is done on the electronic structure calculated either at the simplest tight-binding level or through density functional theory calculations based on local orbitals. We use a simplified model for the electron-electron interactions which considers atomic orbitals as point-like orbitals and a phenomenological screening. The optical conductivity can then be optionally computed within the Kubo formalism. Our results for paradigmatic two-dimensional materials such as hBN and MoS2, when compared with those of more sophisticated first-principles methods, are excellent and envision a practical use of our implementation beyond the computational limitations of such methods. Program summary Program Title: Xatu CPC Library link to program files: https://doi.org/10.17632/kj4rt95pvc.1 Developer's repository link: https://github.com/alejandrojuria/xatu Licensing provisions: GPLv3 Programming language: C++, Fortran, Python Nature of problem: The exciton spectrum is obtained as the solution of the Bethe-Salpeter equation for insulators and semi-conductors. Constructing the equation involves determining the screening of the electrostatic interaction and then determining the matrix elements of the interaction kernel, which are computationally-intensive tasks, specially if one takes a purely ab-initio approach. Solution method: The Bethe-Salpeter equation can be efficiently set up and solved assuming that the basis of the reference electronic structure calculation, obtained either from tight-binding models or density functional theory with actual localized orbitals, corresponds to point-like localized orbitals. This, in addition to using an effective screening instead of computing the dielectric constant, allows to obtain the interaction kernel at very low computational cost and, thereof, the exciton spectrum as well as the light absorption of materials. Additional comments including restrictions and unusual features: The code requires using at least C++11, given that it uses version-specific features. All linear algebra routines have been delegated to the Armadillo library.
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Palabras clave

Band-gapsBethe-salpeter equationDielectric-constantExcitonLocalized orbitalsMany-body physicsOpticsQuasi-particleSemiconductorTight-bindinTight-binding

Indicios de calidad

Impacto bibliométrico. Análisis de la aportación y canal de difusión

El trabajo ha sido publicado en la revista COMPUTER PHYSICS COMMUNICATIONS debido a la progresión y el buen impacto que ha alcanzado en los últimos años, según la agencia WoS (JCR), se ha convertido en una referencia en su campo. En el año de publicación del trabajo, 2024 aún no existen indicios calculados, pero en 2023, se encontraba en la posición 4/61, consiguiendo con ello situarse como revista Q1 (Primer Cuartil), en la categoría Physics, Mathematical. Destacable, igualmente, el hecho de que la Revista está posicionada por encima del Percentil 90.

Independientemente del impacto esperado determinado por el canal de difusión, es importante destacar el impacto real observado de la propia aportación.

Según las diferentes agencias de indexación, el número de citas acumuladas por esta publicación hasta la fecha 2026-04-02:

  • WoS: 9
  • Scopus: 7
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Impacto y visibilidad social

Desde la dimensión de Influencia o adopción social, y tomando como base las métricas asociadas a las menciones e interacciones proporcionadas por agencias especializadas en el cálculo de las denominadas “Métricas Alternativas o Sociales”, podemos destacar a fecha 2026-04-02:

  • El uso, desde el ámbito académico evidenciado por el indicador de la agencia Altmetric referido como agregaciones realizadas por el gestor bibliográfico personal Mendeley, nos da un total de: 9.
  • La utilización de esta aportación en marcadores, bifurcaciones de código, añadidos a listas de favoritos para una lectura recurrente, así como visualizaciones generales, indica que alguien está usando la publicación como base de su trabajo actual. Esto puede ser un indicador destacado de futuras citas más formales y académicas. Tal afirmación es avalada por el resultado del indicador “Capture” que arroja un total de: 8 (PlumX).

Con una intencionalidad más de divulgación y orientada a audiencias más generales podemos observar otras puntuaciones más globales como:

  • El Score total de Altmetric: 2.
  • El número de menciones en la red social X (antes Twitter): 2 (Altmetric).

Es fundamental presentar evidencias que respalden la plena alineación con los principios y directrices institucionales en torno a la Ciencia Abierta y la Conservación y Difusión del Patrimonio Intelectual. Un claro ejemplo de ello es:

  • El trabajo se ha enviado a una revista cuya política editorial permite la publicación en abierto Open Access.
  • Asignación de un Handle/URN como identificador dentro del Depósito en el Repositorio Institucional: http://hdl.handle.net/10486/709644
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Análisis de liderazgo de los autores institucionales

Existe un liderazgo significativo ya que algunos de los autores pertenecientes a la institución aparecen como primer o último firmante, se puede apreciar en el detalle: Primer Autor (ESTEVE PAREDES, JUAN JOSE) y Último Autor (PALACIOS BURGOS, JUAN JOSE).

el autor responsable de establecer las labores de correspondencia ha sido ESTEVE PAREDES, JUAN JOSE.

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Reconocimientos ligados al ítem

The authors acknowledge financial support from Spanish MICINN (Grant Nos. PID2019-109539GB-C43, TED2021-131323B-I00 & PID2022-141712NB-C21) , Maria de Maeztu Program for Units of Excellence in R&D (Grant No. CEX2018-000805-M) , Comunidad Autonoma de Madrid through the Nanomag COST-CM Program (Grant No. S2018/NMT-4321) , Generalitat Valenciana through Programa Prometeo (2021/017) , and the computational resources provided by Centro de Computacion Cientifica of the Universidad Autonoma de Madrid and Red Espanola de Supercomputacion.
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