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Assessing r2SCAN meta-GGA functional for structural parameters, cohesive energy, mechanical modulus, and thermophysical properties of 3d, 4d, and 5d transition metals

密度泛函理论 德拜模型 金属间化合物 体积模量 热力学 局部密度近似 材料科学 热膨胀 过渡金属 凝聚态物理 化学 计算化学 物理 复合材料 生物化学 合金 催化作用
作者
Haoliang Liu,Xue Bai,Jinliang Ning,Yuxuan Hou,Zifeng Song,Akilan Ramasamy,Ruiqi Zhang,Yefei Li,Jianwei Sun,Bing Xiao
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:160 (2) 被引量:5
标识
DOI:10.1063/5.0176415
摘要

The recent development of accurate and efficient semilocal density functionals on the third rung of Jacob’s ladder of density functional theory, such as the revised regularized strongly constrained and appropriately normed (r2SCAN) density functional, could enable rapid and highly reliable prediction of the elasticity and temperature dependence of thermophysical parameters of refractory elements and their intermetallic compounds using the quasi-harmonic approximation (QHA). Here, we present a comparative evaluation of equilibrium cell volumes, cohesive energy, mechanical moduli, and thermophysical properties (Debye temperature and thermal expansion coefficient) for 22 transition metals using semilocal density functionals, including the local density approximation (LDA), Perdew–Burke–Ernzerhof (PBE) and PBEsol generalized gradient approximations (GGAs), and the r2SCAN meta-GGA. PBEsol and r2SCAN deliver the same level of accuracies for structural, mechanical, and thermophysical properties. PBE and r2SCAN perform better than LDA and PBEsol for calculating cohesive energies of transition metals. Among the tested density functionals, r2SCAN provides an overall well-balanced performance for reliably computing cell volumes, cohesive energies, mechanical properties, and thermophysical properties of various 3d, 4d, and 5d transition metals using QHA. Therefore, we recommend that r2SCAN could be employed as a workhorse method to evaluate thermophysical properties of transition metal compounds and alloys in high throughput workflows.
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