<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?><rss version="2.0" xmlns:content="http://purl.org/rss/1.0/modules/content/"><channel><title>NitreneGlog</title><description>Soft notes, quiet research, images, and fragments</description><link>https://nitrene.fun/</link><templateTheme>Firefly</templateTheme><templateThemeVersion>6.14.4</templateThemeVersion><templateThemeUrl>https://github.com/CuteLeaf/Firefly</templateThemeUrl><lastBuildDate>August 17, 2026 at 09:45:12 PM</lastBuildDate><item><title>What is Wannier? --the wisdom of simplification and localization</title><link>https://nitrene.fun/posts/what-is-wannier/</link><guid isPermaLink="true">https://nitrene.fun/posts/what-is-wannier/</guid><description>The Wannier function is one of the most important methods in condensed matter physics.</description><pubDate>Mon, 10 Aug 2026 00:00:00 GMT</pubDate><content:encoded>&lt;p&gt;This article is a simple introduction to the Wannier function. It won’t go into more technical details, but will give a general idea of what it is and what it does in the practical calculation with my own understanding and thinking framework. It’s not a formal article and may contain some mistakes, feel free to contact me if you have any questions or suggestions.&lt;/p&gt;
&lt;section&gt;&lt;h1&gt;Where does it come from?&lt;a href=&quot;#where-does-it-come-from&quot;&gt;&lt;span&gt;#&lt;/span&gt;&lt;/a&gt;&lt;/h1&gt;&lt;p&gt;The modern condensed matter physics aims to figure out the electron structures and behaviours in the crystal-like, i.e. the periodic potential field. As a fundamental theory, Bloch’s theorem tells the most important property of the wave function while it is noticed that the crystal momentum &lt;span&gt;&lt;span&gt;kk&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt; is a good quantum number in such periodic potential. &lt;a href=&quot;#ref-1&quot;&gt;[1]&lt;/a&gt;&lt;/p&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;ψnk(r+R)=eik⋅Rψnk(r).\begin{align}
\psi_{n\mathbf k}(\mathbf r+\mathbf R)
&amp;amp;=
e^{i\mathbf k\cdot\mathbf R}
\psi_{n\mathbf k}(\mathbf r).
\end{align}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;ψ&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;n&lt;/span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;r&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;+&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;e&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;i&lt;/span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;span&gt;⋅&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;ψ&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;n&lt;/span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;r&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;span&gt;.&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;p&gt;However, Bloch’s picture describe the electron as a “running wave” in the infinite potential field, which is not naturally consistent with the “atomic” picture. Early quantum mechanics provided a clear orbital picture for isolated
atoms, most notably through the exact solution of the hydrogen atom and approximate treatments of many-electron atoms. It is simpler and more intuitive to treat the electron states in the periodic potential as the linear combination of the localized atomic-orbital-like real space functions.&lt;/p&gt;&lt;p&gt;Gregory Wannier gave his answer in 1937 when studying the electron-hole excitation in the crystal. He constructed the Wannier Functions (WFs) to bridge the above gap. &lt;a href=&quot;#ref-2&quot;&gt;[2]&lt;/a&gt;&lt;/p&gt;&lt;p&gt;Wannier functions are real-space representatives of a chosen Bloch-band subspace. For a finite crystal containing &lt;span&gt;&lt;span&gt;NN&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;N&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt; unit cells with periodic
boundary conditions, the Wannier states associated with an isolated band are defined by&lt;/p&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∣wnR⟩=1N∑ke−ik⋅R∣ψnk⟩.\begin{align}
\left|w_{n\mathbf R}\right\rangle
&amp;amp;=
\frac{1}{\sqrt{N}}
\sum_{\mathbf k}
e^{-i\mathbf k\cdot\mathbf R}
\left|\psi_{n\mathbf k}\right\rangle.
\end{align}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;w&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;n&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;⟩&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;N&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;1&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∑&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;e&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;i&lt;/span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;span&gt;⋅&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;ψ&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;n&lt;/span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;⟩&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;.&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;p&gt;For a composite subspace containing &lt;span&gt;&lt;span&gt;JJ&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;J&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt; bands, the Bloch states at each &lt;span&gt;&lt;span&gt;k\mathbf k&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt; can also mix with each other:&lt;/p&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∣wnR⟩=1N∑ke−ik⋅R∑m=1J∣ψmk⟩Umn(k).\begin{align}
|w_{n\mathbf R}\rangle
&amp;amp;=
\frac{1}{\sqrt N}
\sum_{\mathbf k}
e^{-i\mathbf k\cdot\mathbf R}
\sum_{m=1}^{J}
|\psi_{m\mathbf k}\rangle
U_{mn}(\mathbf k).
\end{align}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;w&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;n&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;⟩&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;N&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;1&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∑&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;e&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;i&lt;/span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;span&gt;⋅&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;m&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;1&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∑&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;J&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;ψ&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;m&lt;/span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;⟩&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;U&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;mn&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;span&gt;.&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;p&gt;Here &lt;span&gt;&lt;span&gt;U(k)∈U(J)U(\mathbf k)\in U(J)&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;U&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;∈&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;U&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;J&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt; is a &lt;span&gt;&lt;span&gt;k\mathbf k&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;-dependent unitary matrix. It represents the gauge freedom inside the selected band subspace. Different choices of &lt;span&gt;&lt;span&gt;U(k)U(\mathbf k)&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;U&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt; keep the same subspace, but generally give different Wannier functions and different degrees of localization.&lt;/p&gt;&lt;p&gt;Their position-space representations are complex-valued functions:&lt;/p&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;wnR(r)=⟨r|wnR⟩,\begin{align}
w_{n\mathbf R}(\mathbf r)
&amp;amp;=
\left\langle\mathbf r\middle|w_{n\mathbf R}\right\rangle,
\end{align}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;w&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;n&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;r&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;⟨&lt;/span&gt;&lt;span&gt;r&lt;/span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;w&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;n&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;⟩&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;p&gt;Wannier functions have the following important properties.&lt;/p&gt;&lt;ul&gt;
&lt;li&gt;
&lt;p&gt;&lt;strong&gt;Lattice-translation covariance&lt;/strong&gt;&lt;/p&gt;
&lt;p&gt;Wannier functions in different unit cells are related by lattice
translations:&lt;/p&gt;
&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;wnR(r)=wn0(r−R).\begin{align}

w_{n\mathbf R}(\mathbf r)
&amp;amp;=
w_{n\mathbf 0}(\mathbf r-\mathbf R).
\end{align}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;w&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;n&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;r&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;w&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;n&lt;/span&gt;&lt;span&gt;0&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;r&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;span&gt;.&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;
&lt;/li&gt;
&lt;li&gt;
&lt;p&gt;&lt;strong&gt;Orthonormality&lt;/strong&gt;&lt;/p&gt;
&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;⟨wnR|wmR′⟩=δnmδRR′\begin{align}
\left\langle
w_{n\mathbf R}
\middle|
w_{m\mathbf R&apos;}
\right\rangle
&amp;amp;=
\delta_{nm}\delta_{\mathbf R\mathbf R&apos;}
\end{align}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;⟨&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;w&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;n&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;w&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;m&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;′&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;⟩&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;δ&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;nm&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;δ&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;′&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;
&lt;/li&gt;
&lt;li&gt;
&lt;p&gt;&lt;strong&gt;Completeness within the selected band subspace&lt;/strong&gt;&lt;/p&gt;
&lt;p&gt;The Wannier states form an orthonormal basis for the range of a band
projector &lt;span&gt;&lt;span&gt;P^\hat P&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;P&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;^&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;:&lt;/p&gt;
&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;HP:=Ran⁡P^=span⁡‾{∣wnR⟩}n,R\begin{align}
\mathcal H_P
&amp;amp;:=
\operatorname{Ran}\hat P
=
\overline{\operatorname{span}}
\left\{
\left|w_{n\mathbf R}\right\rangle
\right\}_{n,\mathbf R}
\end{align}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;H&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;P&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;:=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;Ran&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;P&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;^&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;span&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;{&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;w&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;n&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;⟩&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;}&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;n&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;
&lt;p&gt;The projector satisfies&lt;/p&gt;
&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;P^2=P^, P^†=P^P^=∑n,R∣wnR⟩⟨wnR∣\begin{aligned}
&amp;amp;\hat P^2=
\hat P, \ 
\hat P^\dagger
=
\hat P

\\


&amp;amp;\hat P
=
\sum_{n,\mathbf R}
\left|w_{n\mathbf R}\right\rangle
\left\langle w_{n\mathbf R}\right|
\end{aligned}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;P&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;^&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;P&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;^&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span&gt; &lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;P&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;^&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;†&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;P&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;^&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;P&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;^&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;n&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∑&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;w&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;n&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;⟩&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;⟨&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;w&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;n&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;
&lt;/li&gt;
&lt;li&gt;
&lt;p&gt;&lt;strong&gt;Real-space localization&lt;/strong&gt;&lt;/p&gt;
&lt;p&gt;When a sufficiently smooth gauge exists, the Wannier functions can be
chosen to decay rapidly away from the centers. For exponentially
localized Wannier functions,&lt;/p&gt;
&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∣wnR(r)∣≤Cne−αn∣r−R∣,Cn,αn&amp;gt;0.\begin{align}
\left|
w_{n\mathbf R}(\mathbf r)
\right|
&amp;amp;\leq
C_n
e^{-\alpha_n
\left|\mathbf r-\mathbf R\right|},
\qquad
C_n,\alpha_n&amp;gt;0.
\end{align}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;w&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;n&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;r&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;≤&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;C&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;n&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;e&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;α&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;n&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;r&lt;/span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;C&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;n&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;α&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;n&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&amp;gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;0.&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;
&lt;/li&gt;
&lt;/ul&gt;&lt;p&gt;Therefore, Wannier functions do not satisfy the Bloch
condition. For an isolated band, the Bloch state is obtained as a momentum-labelled
superposition of Wannier functions distributed over all lattice cells:&lt;/p&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∣ψnk⟩=1N∑Reik⋅R∣wnR⟩.\begin{align}
\left|\psi_{n\mathbf k}\right\rangle
&amp;amp;=
\frac{1}{\sqrt N}
\sum_{\mathbf R}
e^{i\mathbf k\cdot\mathbf R}
\left|w_{n\mathbf R}\right\rangle.
\end{align}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;ψ&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;n&lt;/span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;⟩&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;N&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;1&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∑&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;e&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;i&lt;/span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;span&gt;⋅&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;w&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;n&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;⟩&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;.&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;p&gt;For composite bands, the inverse transformation instead reconstructs a Bloch-like state in the Wannier gauge,&lt;/p&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∣ψ~nk⟩=∑m=1J∣ψmk⟩Umn(k)=1N∑Reik⋅R∣wnR⟩.\begin{align}
\left|\widetilde\psi_{n\mathbf k}\right\rangle
&amp;amp;=
\sum_{m=1}^{J}
\left|\psi_{m\mathbf k}\right\rangle
U_{mn}(\mathbf k)
\notag
\\
&amp;amp;=
\frac{1}{\sqrt N}
\sum_{\mathbf R}
e^{i\mathbf k\cdot\mathbf R}
\left|w_{n\mathbf R}\right\rangle.
\end{align}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;ψ&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;n&lt;/span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;⟩&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;m&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;1&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∑&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;J&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;ψ&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;m&lt;/span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;⟩&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;U&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;mn&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;N&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;1&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∑&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;e&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;i&lt;/span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;span&gt;⋅&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;w&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;n&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;⟩&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;.&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;p&gt;The two representations, the Bloch &lt;span&gt;&lt;span&gt;∣ψnk⟩\ket{\psi_{n\mathbf k}}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;ψ&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;n&lt;/span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;⟩&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt; and the Wannier &lt;span&gt;&lt;span&gt;∣wnR⟩\ket{w_{n\mathbf R}}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;w&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;n&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;⟩&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt; both describe the correct band dispersion. Bloch
states are extended throughout the
crystal, whereas Wannier states sacrifice a definite momentum label in
exchange for real-space localization.&lt;/p&gt;&lt;/section&gt;
&lt;section&gt;&lt;h1&gt;What does it do?&lt;a href=&quot;#what-does-it-do&quot;&gt;&lt;span&gt;#&lt;/span&gt;&lt;/a&gt;&lt;/h1&gt;&lt;p&gt;In the condensed matter calculation, Wannierization is most
commonly used as a post-processing step following a first-principles electronic structure calculation, mostly Density Functional Theory (DFT), even though it is not the initial purpose of Wannier’s original work.&lt;/p&gt;&lt;p&gt;In 1997, Marzari and Vanderbilt introduced the maximally localized Wannier functions (MLWFs) for composite bands &lt;a href=&quot;#ref-3&quot;&gt;[3]&lt;/a&gt;. In 2001, Souza, Marzari, and Vanderbilt extended this method to entangled bands through a disentanglement procedure &lt;a href=&quot;#ref-4&quot;&gt;[4]&lt;/a&gt;. In 2008, the &lt;code&gt;Wannier90&lt;/code&gt; package was published &lt;a href=&quot;#ref-5&quot;&gt;[5]&lt;/a&gt;.&lt;/p&gt;&lt;p&gt;Wannier90 does not determine the electronic structure by itself. Instead, it takes the eigenvalues, Bloch-state overlaps, and trial-orbital projections supplied by a first-principles calculation and constructs a localized representation of a selected band subspace. Within a fixed isolated subspace, Wannierization is a unitary change of basis. Approximations enter when an effective subspace is disentangled and when long-ranged real-space matrix entries are truncated.&lt;/p&gt;&lt;p&gt;In a first-principles workflow, DFT supplies the Kohn-Sham Hamiltonian, eigenvalues, and Bloch eigenstates:&lt;/p&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;H^KS[ρ]∣ψnk⟩=εnk∣ψnk⟩.\begin{align}
\hat H_{\mathrm{KS}}[\rho]
\left|\psi_{n\mathbf k}\right\rangle
&amp;amp;=
\varepsilon_{n\mathbf k}
\left|\psi_{n\mathbf k}\right\rangle.
\end{align}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;H&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;^&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;KS&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;[&lt;/span&gt;&lt;span&gt;ρ&lt;/span&gt;&lt;span&gt;]&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;ψ&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;n&lt;/span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;⟩&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;ε&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;n&lt;/span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;ψ&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;n&lt;/span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;⟩&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;.&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;p&gt;Wannierization gives the Real Space Hamiltonian under the Real Space Wannier basis&lt;/p&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;Hmn(R)=⟨wm0∣H^∣wnR⟩\begin{align}
H_{mn}(\mathbf R) = \bra{w_{m\mathbf 0}}\hat{H}\ket{w_{n\mathbf R}}
\end{align}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;H&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;mn&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;⟨&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;w&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;m&lt;/span&gt;&lt;span&gt;0&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;H&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;^&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;w&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;n&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;⟩&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;p&gt;And the Fourier transformation to momentum reciprocal space&lt;/p&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;Hmn(k)=∑Reik⋅RHmn(R).\begin{align}
H_{mn}(\mathbf k)
&amp;amp;=
\sum_{\mathbf R}
e^{i\mathbf k\cdot\mathbf R}
H_{mn}(\mathbf R).
\end{align}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;H&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;mn&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∑&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;e&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;i&lt;/span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;span&gt;⋅&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;H&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;mn&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;span&gt;.&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;p&gt;&lt;strong&gt;So why do we wannierize it instead of using the original DFT result directly?&lt;/strong&gt;&lt;/p&gt;&lt;p&gt;First-principles DFT calculations provide an accurate description of the electronic structure. In principle, most physical
quantities can be evaluated directly from the
Kohn-Sham eigenstates. In practice, the difficulty lies in
repeating such calculations over the extremely dense momentum meshes
required for Brillouin-zone integration. Such large plane-wave diagonalizations on the mesh is too expensive to be practical, especially for large systems.&lt;/p&gt;&lt;p&gt;Wannierization replaces large-scale calculation with a
compact interpolation problem.
Dense-mesh calculations require only the diagonalization
of a much smaller Wannier Hamiltonian. Topological invariants,
Berry curvature, transport coefficients, and dynamical response
functions can therefore be evaluated efficiently without
solving the original large plane-wave problem.&lt;/p&gt;&lt;p&gt;For example, the primitive bcc Fe unit cell contains only 1 magnetic atom, but the DFT calculation requires more than 600 plane waves to converge the Kohn-Sham eigenstates. In contrast, a Wannier Hamiltonian with 18 basis functions per unit cell is sufficient to reproduce the correct band structure over a wide energy range centered on the Fermi level. The Wannier Hamiltonian is therefore more than an order of magnitude smaller than the original DFT Hamiltonian, and its diagonalization is correspondingly faster.&lt;/p&gt;&lt;p&gt;&lt;/p&gt;&lt;figure&gt;&lt;img alt=&quot;The bcc Fe band structure, The grey lines represent the vasp results, and the red lines represent the Wannier90 results&quot; loading=&quot;lazy&quot; width=&quot;1468&quot; height=&quot;1260&quot; src=&quot;/_astro/wann.BJANf1ka_7JVgc.webp&quot; srcset=&quot;/_astro/wann.BJANf1ka_Z3PGNo.webp 640w, /_astro/wann.BJANf1ka_Z10wxD.webp 750w, /_astro/wann.BJANf1ka_Z2wXGu7.webp 828w, /_astro/wann.BJANf1ka_Z13K1Hu.webp 1080w, /_astro/wann.BJANf1ka_Z1EOF47.webp 1280w, /_astro/wann.BJANf1ka_7JVgc.webp 1468w&quot; /&gt;&lt;figcaption&gt;The bcc Fe band structure, The grey lines represent the vasp results, and the red lines represent the Wannier90 results&lt;/figcaption&gt;&lt;/figure&gt;&lt;p&gt;&lt;/p&gt;&lt;section&gt;&lt;h2&gt;1-dimensional ssh-like example&lt;a href=&quot;#1-dimensional-ssh-like-example&quot;&gt;&lt;span&gt;#&lt;/span&gt;&lt;/a&gt;&lt;/h2&gt;&lt;p&gt;Suppose we have a 1-dimensional SSH-like model with two identical atoms in a unit cell.&lt;/p&gt;&lt;p&gt;&lt;/p&gt;&lt;figure&gt;&lt;img alt=&quot;periodic potential&quot; loading=&quot;lazy&quot; width=&quot;1506&quot; height=&quot;1121&quot; src=&quot;/_astro/ssh_periodic_potential.DApXgeNY_2olYSf.webp&quot; srcset=&quot;/_astro/ssh_periodic_potential.DApXgeNY_2hEWPC.webp 640w, /_astro/ssh_periodic_potential.DApXgeNY_QuhvV.webp 750w, /_astro/ssh_periodic_potential.DApXgeNY_1koeIr.webp 828w, /_astro/ssh_periodic_potential.DApXgeNY_Z2sH6kR.webp 1080w, /_astro/ssh_periodic_potential.DApXgeNY_8VXqx.webp 1280w, /_astro/ssh_periodic_potential.DApXgeNY_2olYSf.webp 1506w&quot; /&gt;&lt;figcaption&gt;periodic potential&lt;/figcaption&gt;&lt;/figure&gt;&lt;p&gt;&lt;/p&gt;&lt;ul&gt;
&lt;li&gt;lattice constant &lt;span&gt;&lt;span&gt;aa&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;a&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/li&gt;
&lt;li&gt;relative position &lt;span&gt;&lt;span&gt;dd&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;d&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/li&gt;
&lt;/ul&gt;&lt;p&gt;The potential is given by&lt;/p&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;V(x)=−V0∑R∈Λ[g(x−R)+g(x−R−d)]\begin{align}
V(x)
&amp;amp;=
-V_0 \sum_{R\in \Lambda} [g(x-R) + g(x-R-d)]
\end{align}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;V&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;x&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;V&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;0&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;span&gt;∈&lt;/span&gt;&lt;span&gt;Λ&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∑&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;[&lt;/span&gt;&lt;span&gt;g&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;x&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;+&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;g&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;x&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;d&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)]&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;p&gt;where &lt;span&gt;&lt;span&gt;g(x)g(x)&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;g&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;x&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt; is the Gaussian function defined as&lt;/p&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;g(x)=e−x22σ2.\begin{align}
g(x)
&amp;amp;=
e^{-\frac{x^2}{2\sigma^2}}.
\end{align}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;g&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;x&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;e&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;σ&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;x&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;.&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;p&gt;and the lattice set &lt;span&gt;&lt;span&gt;Λ\Lambda&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;Λ&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt; is defined as&lt;/p&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;Λ={ma∣m∈Z}.\begin{align}
\Lambda
&amp;amp;=
\{ma| m\in \mathbb Z\}.
\end{align}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;Λ&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;{&lt;/span&gt;&lt;span&gt;ma&lt;/span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;span&gt;m&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;∈&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;Z&lt;/span&gt;&lt;span&gt;}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;.&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;section&gt;&lt;h3&gt;Plane wave solution&lt;a href=&quot;#plane-wave-solution&quot;&gt;&lt;span&gt;#&lt;/span&gt;&lt;/a&gt;&lt;/h3&gt;&lt;p&gt;The Hamiltonian is given by&lt;/p&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;H^=−ℏ22md2dx2+V(x)\begin{align}
\hat H
&amp;amp;=
-\frac{\hbar^2}{2m}\frac{d^2}{dx^2}
+
V(x)
\end{align}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;H&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;^&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;span&gt;m&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;ℏ&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;d&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;x&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;d&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;+&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;V&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;x&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;p&gt;from the Bloch theorem, the Bloch wave function is the eigenfunction of the Hamiltonian.&lt;/p&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;ψnk(x)=eikxunk(x)\begin{align}
\psi_{n k}(x) = e^{ikx}u_{nk}(x) 
\end{align}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;ψ&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;nk&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;x&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;e&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;ik&lt;/span&gt;&lt;span&gt;x&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;u&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;nk&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;x&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;p&gt;expand the periodic function &lt;span&gt;&lt;span&gt;unk(x)u_{nk}(x)&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;u&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;nk&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;x&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/p&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;ψnk(x)=∑GCnG(k)ei(k+G)x.\begin{align}
\psi_{nk}(x)
&amp;amp;=
\sum_G
C_{nG}(k)e^{i(k+G)x}.
\end{align}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;ψ&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;nk&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;x&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∑&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;C&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;n&lt;/span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;e&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;i&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;span&gt;+&lt;/span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;span&gt;x&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;.&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;p&gt;We can define the normalized plane wave basis in the real space as&lt;/p&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;⟨x∣k+G⟩=1Lei(k+G)x.\begin{align}
\braket{x|k+G}
&amp;amp;=
\frac{1}{\sqrt L}e^{i(k+G)x}.
\end{align}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;⟨&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;x&lt;/span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;+&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;⟩&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;L&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;1&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;e&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;i&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;span&gt;+&lt;/span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;span&gt;x&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;.&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;p&gt;Then we have the Bloch states in the plane wave basis as&lt;/p&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∣ψnk⟩=∑GCnG(k)∣k+G⟩.\begin{align}
\ket{\psi_{nk}}
&amp;amp;=
\sum_G
C_{nG}(k)\ket{k+G}.
\end{align}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;ψ&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;nk&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;⟩&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∑&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;C&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;n&lt;/span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;+&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;⟩&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;.&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;p&gt;Then the eigenvalue problem can be written as&lt;/p&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∑G′⟨k+G∣H^∣k+G′⟩CnG′(k)=EnkCnG(k).\begin{align}
\sum_{G&apos;}\bra{k+G}\hat H\ket{k+G&apos;}C_{nG&apos;}(k)
&amp;amp;=
E_{nk}C_{nG}(k).
\end{align}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;′&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∑&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;⟨&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;+&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;H&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;^&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;+&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;′&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;⟩&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;C&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;n&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;′&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;E&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;nk&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;C&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;n&lt;/span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;span&gt;.&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;section&gt;&lt;h4&gt;Kinetic energy&lt;a href=&quot;#kinetic-energy&quot;&gt;&lt;span&gt;#&lt;/span&gt;&lt;/a&gt;&lt;/h4&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;⟨k+G∣T^∣k+G′⟩=ℏ22m(k+G)2δGG′\begin{align}
\bra{k+G}\hat T\ket{k+G&apos;}
&amp;amp;=
\frac{\hbar^2}{2m}(k+G)^2\delta_{GG&apos;}
\end{align}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;⟨&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;+&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;T&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;^&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;+&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;′&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;⟩&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;span&gt;m&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;ℏ&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;+&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;δ&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;′&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;p&gt;which is the diagonal term&lt;/p&gt;&lt;/section&gt;&lt;section&gt;&lt;h4&gt;Potential energy&lt;a href=&quot;#potential-energy&quot;&gt;&lt;span&gt;#&lt;/span&gt;&lt;/a&gt;&lt;/h4&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;⟨k+G∣V^∣k+G′⟩=VG−G′\begin{align}
\bra{k+G}\hat V\ket{k+G&apos;}
&amp;amp;=
V_{G-G&apos;}
\end{align}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;⟨&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;+&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;V&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;^&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;+&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;′&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;⟩&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;V&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;′&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;p&gt;In order to find the off-diagonal term, we can use the Fourier transformation to get the potential in the reciprocal space&lt;/p&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;VG=1a∫0aV(x)e−iGxdx\begin{align}
V_G
&amp;amp;=
\frac{1}{a}\int_0^a  V(x)e^{-iGx} dx
\end{align} &lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;V&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;a&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;1&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∫&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;0&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;a&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;V&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;x&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;e&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;i&lt;/span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;span&gt;x&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;d&lt;/span&gt;&lt;span&gt;x&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;VG=−V0a∑R∈Λ∫0a[g(x−R)+g(x−R−d)]e−iGxdx\begin{aligned}
V_G=
-\frac{V_0}{a}\sum_{R\in \Lambda} \int_0^a [g(x-R) + g(x-R-d)] e^{-iGx} dx
\end{aligned}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;V&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;a&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;V&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;0&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;span&gt;∈&lt;/span&gt;&lt;span&gt;Λ&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∑&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∫&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;0&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;a&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;[&lt;/span&gt;&lt;span&gt;g&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;x&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;+&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;g&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;x&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;d&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)]&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;e&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;i&lt;/span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;span&gt;x&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;d&lt;/span&gt;&lt;span&gt;x&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;p&gt;here we only show the contribution from the first term, the second term is similar&lt;/p&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;VG(1)=−V0a∫0a∑R∈Λg(x−R)e−iGxdx=−V0a∑m∈Z∫0ae−(x−ma)22σ2e−iGxdx=−V0a∑m∈Z∫−maa−mae−x22σ2e−iG(x+ma)dx\begin{aligned}
V_G^{(1)}
&amp;amp;=
-\frac{V_0}{a}\int_0^a \sum_{R\in \Lambda}  g(x-R) e^{-iGx} dx
\\
&amp;amp;=
-\frac{V_0}{a} \sum_{m \in \mathbb{Z}} \int_{0}^{a}  e^{-\frac{(x-ma)^2}{2\sigma^2}} e^{-iGx} dx
\\
&amp;amp;=
-\frac{V_0}{a}  \sum_{m \in \mathbb{Z}} \int_{-ma}^{a-ma}  e^{-\frac{x^2}{2\sigma^2}} e^{-iG(x+m a)} dx
\\
\end{aligned}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;V&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;1&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;a&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;V&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;0&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∫&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;0&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;a&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;span&gt;∈&lt;/span&gt;&lt;span&gt;Λ&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∑&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;g&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;x&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;e&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;i&lt;/span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;span&gt;x&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;d&lt;/span&gt;&lt;span&gt;x&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;a&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;V&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;0&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&l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enumerates all the integers&lt;/p&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;e−iGma=e−i2πajma=1e^{-iGma} = e^{-i\frac{2\pi}{a}jm a} = 1&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;e&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;i&lt;/span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;span&gt;ma&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;e&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;i&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;a&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;span&gt;π&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;j&lt;/span&gt;&lt;span&gt;ma&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;1&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;VG(1)=−V0a∫−∞∞e−x22σ2e−iGxdx=−V0a2πσe−G2σ22V_G^{(1)}
=
-\frac{V_0}{a}  \int_{-\infty}^{\infty} e^{-\frac{x^2}{2\sigma^2}} e^{-iGx} dx
=
-\frac{V_0}{a} \sqrt{2\pi}\sigma e^{-\frac{G^2\sigma^2}{2}}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;V&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;1&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;a&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;V&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;0&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∫&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;∞&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∞&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;e&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;σ&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;x&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;e&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;i&lt;/span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;span&gt;x&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;d&lt;/span&gt;&lt;span&gt;x&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;a&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;V&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;0&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;span&gt;π&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;σ&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;e&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;σ&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;p&gt;The second term is similar, we can get the final result&lt;/p&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;VG=−V0a2πσe−G2σ22(1+e−iGd)\begin{align}
V_G
&amp;amp;=
-\frac{V_0}{a} \sqrt{2\pi}\sigma e^{-\frac{G^2\sigma^2}{2}}(1+e^{-iGd})
\end{align}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;V&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;a&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;V&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;0&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;span&gt;π&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;σ&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;e&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;σ&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;1&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;+&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;e&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;i&lt;/span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;span&gt;d&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;p&gt;so the potential entry is&lt;/p&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;VG−G′=−V0a2πσe−(G−G′)2σ22(1+e−i(G−G′)d)\begin{align}
V_{G-G&apos;}
&amp;amp;=
-\frac{V_0}{a} \sqrt{2\pi}\sigma e^{-\frac{(G-G&apos;)^2\sigma^2}{2}}(1+e^{-i(G-G&apos;)d})
\end{align}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;V&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;′&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;a&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;V&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;0&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;span&gt;π&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;σ&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;e&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;′&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;σ&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;1&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;+&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;e&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;i&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;′&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;span&gt;d&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&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the Hamiltonian entry&lt;/p&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;⟨k+G∣H^∣k+G′⟩=−V0a2πσe−(G−G′)2σ22(1+e−i(G−G′)d)+ℏ22m(k+G)2δGG′\begin{align}
\bra{k+G}\hat H\ket{k+G&apos;}
&amp;amp;=
-\frac{V_0}{a} \sqrt{2\pi}\sigma e^{-\frac{(G-G&apos;)^2\sigma^2}{2}}(1+e^{-i(G-G&apos;)d}) + \frac{\hbar^2}{2m}(k+G)^2\delta_{GG&apos;}
\end{align}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;⟨&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;+&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;H&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;^&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;+&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;′&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;⟩&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;a&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;V&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;0&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;span&gt;π&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;σ&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;e&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;′&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;σ&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;1&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;+&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;e&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;i&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;′&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;span&gt;d&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;+&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;span&gt;m&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;ℏ&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;+&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;δ&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;′&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;p&gt;we can construct the Hamiltonian matrix and diagonalize it at any given &lt;span&gt;&lt;span&gt;kk&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt; point to get the band structure. We take total 111 dimension with &lt;span&gt;&lt;span&gt;G=−552πa,−542πa,⋯ ,552πaG = -55\frac{2\pi}{a}, -54\frac{2\pi}{a}, \cdots, 55\frac{2\pi}{a}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;G&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;55&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;a&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;span&gt;π&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;54&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;a&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;span&gt;π&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;⋯&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;55&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;a&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;span&gt;π&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;, the proper parameters are selected. We get the lowest band structure as shown in the figure below.
&lt;/p&gt;&lt;figure&gt;&lt;img alt=&quot;band structure&quot; loading=&quot;lazy&quot; width=&quot;2852&quot; height=&quot;1047&quot; src=&quot;/_astro/ssh_plane_wave_bands.CJMatCtG_2g26u6.webp&quot; srcset=&quot;/_astro/ssh_plane_wave_bands.CJMatCtG_ENk4W.webp 640w, /_astro/ssh_plane_wave_bands.CJMatCtG_Z10xVYC.webp 750w, /_astro/ssh_plane_wave_bands.CJMatCtG_19enC5.webp 828w, /_astro/ssh_plane_wave_bands.CJMatCtG_1LvvQG.webp 1080w, /_astro/ssh_plane_wave_bands.CJMatCtG_17v9Dm.webp 1280w, /_astro/ssh_plane_wave_bands.CJMatCtG_2o5bP0.webp 1668w, /_astro/ssh_plane_wave_bands.CJMatCtG_R2DJ.webp 2048w, /_astro/ssh_plane_wave_bands.CJMatCtG_18c9yN.webp 2560w, /_astro/ssh_plane_wave_bands.CJMatCtG_2g26u6.webp 2852w&quot; /&gt;&lt;figcaption&gt;band structure&lt;/figcaption&gt;&lt;/figure&gt;&lt;p&gt;&lt;/p&gt;&lt;/section&gt;&lt;/section&gt;&lt;section&gt;&lt;h3&gt;Tight-binding approximation&lt;a href=&quot;#tight-binding-approximation&quot;&gt;&lt;span&gt;#&lt;/span&gt;&lt;/a&gt;&lt;/h3&gt;&lt;p&gt;In practical calculation, we only care about the specific bands of the system, which is usually near the Fermi surface, or with nontrivial topological structures by selecting an energy window to construct a subspace. The lowest two plane-wave bands are separated from the higher-energy bands by a finite gap and therefore form a well-defined two-dimensional invariant subspace. We would like to describe this subspace using two localized orbitals per unit cell.&lt;/p&gt;&lt;p&gt;Suppose we have 2 orbitals in the 2 positions of the unit cell as &lt;span&gt;&lt;span&gt;∣A,R⟩\ket{A, R}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;A&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;⟩&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt; and &lt;span&gt;&lt;span&gt;∣B,R⟩\ket{B, R}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;B&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;⟩&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;, we can write Hopping term&lt;/p&gt;&lt;ul&gt;
&lt;li&gt;Onsite
&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;⟨A,R∣H^∣A,R⟩=⟨B,R∣H^∣B,R⟩=ϵ0\begin{align}
\bra{A, R}\hat H\ket{A, R}
&amp;amp;=
\bra{B, R}\hat H\ket{B, R}
=
\epsilon_0
\end{align}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;⟨&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;A&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;H&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;^&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;A&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;⟩&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;⟨&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;B&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;H&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;^&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;B&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;⟩&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;ϵ&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;0&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;
&lt;/li&gt;
&lt;li&gt;Inter-cell same site
&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;⟨A,R∣H^∣A,R+a⟩=⟨B,R∣H^∣B,R+a⟩=t0\begin{align}
\bra{A, R}\hat H\ket{A, R+a}
&amp;amp;=
\bra{B, R}\hat H\ket{B, R+a}
=
t_0
\end{align}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;⟨&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;A&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;H&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;^&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;A&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;+&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;a&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;⟩&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;⟨&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;B&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;H&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;^&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;B&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;+&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;a&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;⟩&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;t&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;0&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;
&lt;/li&gt;
&lt;li&gt;Intra-cell
&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;⟨A,R∣H^∣B,R⟩=t1\begin{align}
\bra{A, R}\hat H\ket{B, R}
&amp;amp;=
t_1
\end{align}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;⟨&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;A&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;H&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;^&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;B&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;⟩&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;t&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;1&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;
&lt;/li&gt;
&lt;li&gt;Inter-cell different site
&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;⟨A,R+a∣H^∣B,R⟩=t2\begin{align}
\bra{A, R+a}\hat H\ket{B, R}
&amp;amp;=
t_2
\end{align}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;⟨&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;A&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;+&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;a&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;H&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;^&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;B&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;⟩&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;t&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;
&lt;/li&gt;
&lt;/ul&gt;&lt;p&gt;Second quantization form&lt;/p&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;H^ext=∑Rϵ0(c^A,R†c^A,R+c^B,R†c^B,R)+∑R[t0(c^A,R+a†c^A,R+c^B,R+a†c^B,R)+h.c.]+∑R[t1c^A,R†c^B,R+t2c^A,R+a†c^B,R+h.c.].\begin{align}
\hat H_{\mathrm{ext}}
={}&amp;amp;
\sum_R
\epsilon_0
\left(
\hat c_{A,R}^\dagger\hat c_{A,R}
+
\hat c_{B,R}^\dagger\hat c_{B,R}
\right)
+
\sum_R
\left[
t_0
\left(
\hat c_{A,R+a}^\dagger\hat c_{A,R}
+
\hat c_{B,R+a}^\dagger\hat c_{B,R}
\right)
+\mathrm{h.c.}
\right]
\notag
\\
&amp;amp;+
\sum_R
\left[
t_1\hat c_{A,R}^\dagger\hat c_{B,R}
+
t_2\hat c_{A,R+a}^\dagger\hat c_{B,R}
+
\mathrm{h.c.}
\right].
\end{align}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;H&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;^&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;ext&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∑&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;ϵ&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;0&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;c&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;^&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;A&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;†&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;c&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;^&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;A&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;+&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;c&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;^&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;B&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;†&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;c&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;^&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;B&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/sp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transforming the annihilation and creation operators&lt;/p&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;c^A,R=1N∑keikRc^A,kc^B,R=1N∑keikRc^B,k\begin{align}
\hat c_{A,R}
&amp;amp;=
\frac{1}{\sqrt N}
\sum_k
e^{ikR}
\hat c_{A,k} \notag
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\hat c_{B,R}
&amp;amp;=
\frac{1}{\sqrt N}
\sum_k
e^{ikR}
\hat c_{B,k}
\end{align}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;c&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;^&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;A&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;c&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;^&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;B&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;N&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;1&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∑&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;e&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;ik&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;c&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;^&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;A&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;N&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt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can write the Hamiltonian in the momentum space by&lt;/p&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;H^=∑kΨk†H(k)Ψk\begin{align}
\hat H = \sum_k \Psi_k^\dagger H(k) \Psi_k
\end{align}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;H&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;^&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∑&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;Ψ&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;†&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;H&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;Ψ&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;p&gt;where &lt;span&gt;&lt;span&gt;Ψk=[c^A,k,c^B,k]T\Psi_k = [\hat c_{A,k}, \hat c_{B,k}]^T&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;Ψ&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;[&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;c&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;^&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;A&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;c&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;^&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;B&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;]&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;T&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt; and the Hamiltonian matrix is&lt;/p&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;H(k)=[ϵ0+2t0cos⁡(ka)t1+t2e−ikat1+t2eikaϵ0+2t0cos⁡(ka)]\begin{align}
H(k)
&amp;amp;=
\begin{bmatrix}
\epsilon_0 + 2t_0\cos(ka) &amp;amp; t_1 + t_2 e^{-ika} \\
t_1 + t_2 e^{ika} &amp;amp; \epsilon_0 + 2t_0\cos(ka)
\end{bmatrix}
\end{align}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;H&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;[&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;ϵ&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;0&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;+&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;t&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;0&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;cos&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;span&gt;a&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;t&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;1&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;+&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;t&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;e&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;ik&lt;/span&gt;&lt;span&gt;a&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;t&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;1&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;+&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;t&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;e&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;ik&lt;/span&gt;&lt;span&gt;a&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;ϵ&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;0&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;+&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;t&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;0&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;cos&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;span&gt;a&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;]&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;p&gt;(&lt;span&gt;&lt;span&gt;ϵ0,t0,t1,t2∈R\epsilon_0, t_0, t_1, t_2 \in \mathbb{R}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;ϵ&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;0&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;t&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;0&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;t&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;1&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;t&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;∈&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;)&lt;/p&gt;&lt;p&gt;With the proper parameters, we can get the band structure as shown below.
&lt;/p&gt;&lt;figure&gt;&lt;img alt=&quot;TB band structure&quot; loading=&quot;lazy&quot; width=&quot;1508&quot; height=&quot;1119&quot; src=&quot;/_astro/ssh_tight_binding_bands.KJczP02r_Zr9rRJ.webp&quot; srcset=&quot;/_astro/ssh_tight_binding_bands.KJczP02r_Z1xAugR.webp 640w, /_astro/ssh_tight_binding_bands.KJczP02r_Z272hsG.webp 750w, /_astro/ssh_tight_binding_bands.KJczP02r_Z228xjc.webp 828w, /_astro/ssh_tight_binding_bands.KJczP02r_iOm6P.webp 1080w, /_astro/ssh_tight_binding_bands.KJczP02r_Z1VwSAw.webp 1280w, /_astro/ssh_tight_binding_bands.KJczP02r_Zr9rRJ.webp 1508w&quot; /&gt;&lt;figcaption&gt;TB band structure&lt;/figcaption&gt;&lt;/figure&gt;&lt;p&gt;&lt;/p&gt;&lt;/section&gt;&lt;section&gt;&lt;h3&gt;Where Wannier Enters&lt;a href=&quot;#where-wannier-enters&quot;&gt;&lt;span&gt;#&lt;/span&gt;&lt;/a&gt;&lt;/h3&gt;&lt;p&gt;The two calculations above reveal the trade-off between the plane-wave
and tight-binding descriptions. The plane-wave method solves the
continuum Hamiltonian in a large and delocalized basis. However, the resulting Hamiltonian is large and its
real-space interpretation is not immediately transparent.&lt;/p&gt;&lt;p&gt;The extended SSH model takes the opposite approach. It assumes two
localized orbitals, &lt;span&gt;&lt;span&gt;∣A,R⟩\ket{A,R}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;A&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;⟩&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt; and &lt;span&gt;&lt;span&gt;∣B,R⟩\ket{B,R}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;B&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;⟩&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;, and retains only a small
number of hopping parameters. The resulting &lt;span&gt;&lt;span&gt;2×22\times2&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;×&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt; Hamiltonian is
simple and physically intuitive. However,
the model itself does not tell us what the two orbital wave functions
actually are, nor does it determine the values of
&lt;span&gt;&lt;span&gt;ϵ0,t0,t1,\epsilon_0,t_0,t_1,&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;ϵ&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;0&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;t&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;0&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;t&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;1&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt; and &lt;span&gt;&lt;span&gt;t2t_2&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;t&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;. In the example above, these parameters
were fitted manually to the plane-wave band structure.&lt;/p&gt;&lt;p&gt;Wannierization provides the missing connection between these two
descriptions. Starting from the isolated two-band subspace obtained in
the plane-wave calculation, it constructs two localized Wannier
functions per unit cell. In the MLWF method,
the gauge freedom of the Bloch states is chosen by minimizing the
real-space spread of these functions. The states &lt;span&gt;&lt;span&gt;∣A,R⟩\ket{A,R}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;A&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;⟩&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt; and
&lt;span&gt;&lt;span&gt;∣B,R⟩\ket{B,R}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∣&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;B&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;⟩&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt; in the tight-binding model can therefore be replaced by
explicitly constructed Wannier functions rather than assumed atomic-like
orbitals.&lt;/p&gt;&lt;p&gt;Once the Wannier basis has been constructed, the original Hamiltonian is
represented by the real-space matrix elements as shown in Eq. (12).&lt;/p&gt;&lt;p&gt;The onsite energies and hopping parameters are then identified from
these matrix elements. For example,&lt;/p&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;ϵ0∼H11(0),t1∼H12(0),t0∼H11(a),t2∼H12(−a).\begin{align}
\epsilon_0
&amp;amp;\sim H_{11}(0),
&amp;amp;
t_1
&amp;amp;\sim H_{12}(0), \notag
\\
t_0
&amp;amp;\sim H_{11}(a),
&amp;amp;
t_2
&amp;amp;\sim H_{12}(-a).
\end{align}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;ϵ&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;0&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;t&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;0&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;∼&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;H&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;11&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;0&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;∼&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;H&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;11&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;a&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;t&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;1&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;t&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;2&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;∼&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;H&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;12&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;0&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;span&gt;,&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;∼&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;H&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;12&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;−&lt;/span&gt;&lt;span&gt;a&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;span&gt;.&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;p&gt;Unlike the SSH model above, the Wannier Hamiltonian also reveals
longer-ranged hopping processes whenever their matrix elements are
non-negligible. A practical tight-binding model is obtained by choosing
a real-space cutoff and retaining the relevant matrix elements:&lt;/p&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;Hmn(k)=∑R∈cutoff seteik⋅RHmn(R).\begin{align}
H_{mn}(k)
&amp;amp;=
\sum_{R \in \text{cutoff set}}
e^{ik \cdot R}
H_{mn}(R).
\end{align}&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;H&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;mn&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;k&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;=&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;span&gt;∈&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;cutoff set&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;∑&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;e&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;ik&lt;/span&gt;&lt;span&gt;⋅&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;H&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;mn&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;(&lt;/span&gt;&lt;span&gt;R&lt;/span&gt;&lt;span&gt;)&lt;/span&gt;&lt;span&gt;.&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;​&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;/span&gt;&lt;p&gt;Wannierization does more than provide another tight-binding
model. It systematically derives the localized basis and its hopping
parameters from the original plane-wave calculation, while allowing the accuracy
and complexity of the effective model to be controlled through the
real-space cutoff. With the real-space Wannier Hamiltonian, position operator, and other physical operators represented in the Wannier basis, we gain efficient access to these physical quantities. &lt;strong&gt;Wannierization does not change the physics; it changes the language in which the physics becomes transparent.&lt;/strong&gt;&lt;/p&gt;&lt;p&gt;References:&lt;/p&gt;&lt;p&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;1. F. Bloch, “Über die Quantenmechanik der Elektronen in Kristallgittern,” &lt;em&gt;Z. Phys.&lt;/em&gt; &lt;strong&gt;52&lt;/strong&gt;, 555–600 (1929), DOI: &lt;a href=&quot;https://doi.org/10.1007/BF01339455&quot; target=&quot;_blank&quot;&gt;10.1007/BF01339455&lt;/a&gt;.&lt;/p&gt;&lt;p&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;2. G. H. Wannier, “The Structure of Electronic Excitation Levels in Insulating Crystals,” &lt;em&gt;Phys. Rev.&lt;/em&gt; &lt;strong&gt;52&lt;/strong&gt;, 191–197 (1937), DOI: &lt;a href=&quot;https://doi.org/10.1103/PhysRev.52.191&quot; target=&quot;_blank&quot;&gt;10.1103/PhysRev.52.191&lt;/a&gt;.&lt;/p&gt;&lt;p&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;3. N. Marzari and D. Vanderbilt, “Maximally Localized Generalized Wannier Functions for Composite Energy Bands,” &lt;em&gt;Phys. Rev. B&lt;/em&gt; &lt;strong&gt;56&lt;/strong&gt;, 12847–12865 (1997), DOI: &lt;a href=&quot;https://doi.org/10.1103/PhysRevB.56.12847&quot; target=&quot;_blank&quot;&gt;10.1103/PhysRevB.56.12847&lt;/a&gt;.&lt;/p&gt;&lt;p&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;4. I. Souza, N. Marzari, and D. Vanderbilt, “Maximally Localized Wannier Functions for Entangled Energy Bands,” &lt;em&gt;Phys. Rev. B&lt;/em&gt; &lt;strong&gt;65&lt;/strong&gt;, 035109 (2001), DOI: &lt;a href=&quot;https://doi.org/10.1103/PhysRevB.65.035109&quot; target=&quot;_blank&quot;&gt;10.1103/PhysRevB.65.035109&lt;/a&gt;.&lt;/p&gt;&lt;p&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;5. A. A. Mostofi &lt;em&gt;et al.&lt;/em&gt;, “wannier90: A Tool for Obtaining Maximally-Localised Wannier Functions,” &lt;em&gt;Comput. Phys. Commun.&lt;/em&gt; &lt;strong&gt;178&lt;/strong&gt;, 685–699 (2008), DOI: &lt;a href=&quot;https://doi.org/10.1016/j.cpc.2007.11.016&quot; target=&quot;_blank&quot;&gt;10.1016/j.cpc.2007.11.016&lt;/a&gt;.&lt;/p&gt;&lt;p&gt;&lt;span&gt;&lt;/span&gt;6. N. Marzari &lt;em&gt;et al.&lt;/em&gt;, “Maximally Localized Wannier Functions: Theory and Applications,” &lt;em&gt;Rev. Mod. Phys.&lt;/em&gt; &lt;strong&gt;84&lt;/strong&gt;, 1419–1475 (2012), DOI: &lt;a href=&quot;https://doi.org/10.1103/RevModPhys.84.1419&quot; target=&quot;_blank&quot;&gt;10.1103/RevModPhys.84.1419&lt;/a&gt;.&lt;/p&gt;&lt;p&gt;&lt;/p&gt;&lt;figure&gt;&lt;img alt=&quot;sigrika&quot; loading=&quot;lazy&quot; width=&quot;3000&quot; height=&quot;4818&quot; src=&quot;/_astro/sigrika.DkWXp5Gl_lz3cV.webp&quot; srcset=&quot;/_astro/sigrika.DkWXp5Gl_Z3SqRN.webp 640w, /_astro/sigrika.DkWXp5Gl_2oAvXo.webp 750w, /_astro/sigrika.DkWXp5Gl_Z55cny.webp 828w, /_astro/sigrika.DkWXp5Gl_e2RXu.webp 1080w, /_astro/sigrika.DkWXp5Gl_2flDAn.webp 1280w, /_astro/sigrika.DkWXp5Gl_3Mxm9.webp 1668w, /_astro/sigrika.DkWXp5Gl_Z2bNrGJ.webp 2048w, /_astro/sigrika.DkWXp5Gl_nQ3GG.webp 2560w, /_astro/sigrika.DkWXp5Gl_lz3cV.webp 3000w&quot; /&gt;&lt;figcaption&gt;sigrika&lt;/figcaption&gt;&lt;/figure&gt;&lt;p&gt;&lt;/p&gt;&lt;/section&gt;&lt;/section&gt;&lt;/section&gt;</content:encoded></item><item><title>The First Post for NitreneGlog!!!</title><link>https://nitrene.fun/posts/first-post/</link><guid isPermaLink="true">https://nitrene.fun/posts/first-post/</guid><description>Welcome to NitreneGlog, a soft archive for essays, projects, images, and living fragments. This is the first post of the blog, and it serves as an introduction to the content and purpose of the site.</description><pubDate>Thu, 23 Jul 2026 00:00:00 GMT</pubDate><content:encoded>&lt;section&gt;&lt;h2&gt;Congratulations on the First Post of NitreneGlog!&lt;a href=&quot;#congratulations-on-the-first-post-of-nitreneglog&quot;&gt;&lt;span&gt;#&lt;/span&gt;&lt;/a&gt;&lt;/h2&gt;&lt;p&gt;Born on June 30, 2026, NitreneGlog has once been built as a static site and then with &lt;code&gt;halo&lt;/code&gt; system, and now, it has been rebuilt with &lt;code&gt;Astro&lt;/code&gt; framework with &lt;code&gt;Firefly&lt;/code&gt; theme. It is finally ready to share the first post with the world at 03:06 a.m. (UTC+8) on July 23, 2026!!! Congratulations!!!&lt;/p&gt;&lt;/section&gt;</content:encoded></item></channel></rss>