Incommensurate structures arise from stacking single layers of low-dimensional materials on top of one another with misalignment such as an in-plane twist in orientation. While these structures are of significant physical interest, they pose many theoretical challenges due to the loss of periodicity. In this paper, we characterize the density of states of Schr\"{o}dinger operators in the weak sense for the incommensurate system and develop novel numerical methods to approximate them. In particular, we (i) justify the thermodynamic limit of the density of states in the real space formulation; and (ii) propose efficient numerical schemes to evaluate the density of states based on planewave approximations and reciprocal space sampling. We present both rigorous analysis and numerical simulations to support the reliability and efficiency of our numerical algorithms.


翻译:不对应结构由低维材料的单层堆叠而成,并产生了排列方向上的平面扭曲等失配。尽管这些结构具有重要的物理意义,但由于失去了周期性而引起许多理论上的挑战。在本文中,我们描述了不对应系统的Schr\"{o}dinger算子在弱意义下的态密度,并开发了新颖的数值方法来近似它们。具体而言,我们(i) 证明了在实空间表述中态密度的热力学极限;(ii) 提出了基于平面波逼近和倒空间取样的有效数值方案来评估态密度。我们提供了严格的分析和数值模拟来支持我们数值算法的可靠性和效率。

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