Controversies on the surface termination of α-Fe2O3 (0001) focus on its surface stoichiometry dependence on the oxygen chemical potential. Density functional theory (DFT) calculations applying the commonly accepted Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE) exchange-correlation functional to a strongly correlated system predict the best matching surface termination, but would produce a delocalization error, resulting in an inappropriate bandgap, and thus are not applicable for comprehensive hematite system studies. Besides, the widely applied PBE+U scheme cannot provide evidence for existence of some of the successfully synthesized stoichiometric α-Fe2O3 (0001) surfaces. Hence, a better scheme is needed for hematite DFT studies. This work investigates whether the strongly constrained and appropriately normed (SCAN) approximation reported by Perdew et al. could provide an improved result for the as-mentioned problem, and whether SCAN can be applied to hematite systems. By comparing the results calculated with the PBE, SCAN, PBE+U, and SCAN+U schemes, we find that SCAN and SCAN+U improves the description of the electronic structure of different stoichiometric α-Fe2O3 (0001) surfaces with respect to the PBE results, and that they give a consistent prediction of the surface terminations. Besides, the bulk lattice constants and the bulk density of states are also improved with the SCAN functional. This study provides a general characterization of the α-Fe2O3 (0001) surfaces and rationalizes how the SCAN approximation improves the results of hematite surface calculations.

中文翻译：

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通过SCAN功能改进了对赤铁矿表面的描述。

关于α-Fe2O3（0001）表面终止的争议集中在其表面化学计量对氧化学势的依赖性上。将普遍接受的Perdew-Burke-Ernzerhof（PBE）交换相关函数应用于强相关系统的密度泛函理论（DFT）计算可预测最佳匹配表面终止，但会产生离域误差，从而导致不适当的带隙，因此不适用于全面的赤铁矿系统研究。此外，广泛应用的PBE + U方案不能为某些成功合成的化学计量的α-Fe2O3（0001）表面的存在提供证据。因此，赤铁矿DFT研究需要一个更好的方案。这项工作调查了Perdew等人报道的强约束和适当范数（SCAN）近似。可以为上述问题以及是否可以将SCAN应用于赤铁矿系统提供改进的结果。通过比较使用PBE，SCAN，PBE + U和SCAN + U方案计算的结果，我们发现SCAN和SCAN + U相对于化学计量比提高了不同化学计量的α-Fe2O3（0001）表面的电子结构的描述。 PBE结果，并给出了表面终止的一致预测。此外，利用SCAN功能还改善了体晶格常数和状态的体密度。这项研究提供了α-Fe2O3（0001）表面的一般特征，并合理化了SCAN近似如何改善赤铁矿表面计算结果。通过比较用PBE，SCAN，PBE + U和SCAN + U方案计算的结果，我们发现SCAN和SCAN + U相对于化学计量比提高了不同化学计量的α-Fe2O3（0001）表面电子结构的描述。 PBE结果，并给出了表面终止的一致预测。此外，利用SCAN功能还改善了体晶格常数和状态的体密度。这项研究提供了α-Fe2O3（0001）表面的一般特征，并合理化了SCAN近似如何改善赤铁矿表面计算结果。通过比较用PBE，SCAN，PBE + U和SCAN + U方案计算的结果，我们发现SCAN和SCAN + U相对于化学计量比提高了不同化学计量的α-Fe2O3（0001）表面电子结构的描述。 PBE结果，并给出了表面终止的一致预测。此外，利用SCAN功能还改善了体晶格常数和状态的体密度。这项研究提供了α-Fe2O3（0001）表面的一般特征，并合理化了SCAN近似如何改善赤铁矿表面计算结果。并且它们给出了表面终止的一致预测。此外，利用SCAN功能还改善了体晶格常数和状态的体密度。这项研究提供了α-Fe2O3（0001）表面的一般特征，并合理化了SCAN近似如何改善赤铁矿表面计算结果。并且它们给出了表面终止的一致预测。此外，利用SCAN功能还改善了体晶格常数和状态的体密度。这项研究提供了α-Fe2O3（0001）表面的一般特征，并合理化了SCAN近似如何改善赤铁矿表面计算结果。