第一节第一性原理计算方法VIP专享

第 一 性 原 理 计 算 的 理 论 方 法 随 着 科 技 的 发 展 ， 计 算 机 性 能 也 得 到 了 飞 速 的 提 高 ， 人 们 对 物 理 理论 的 认 识 也 更 加 的 深 入 ， 利 用 计 算 机 模 拟 对 材 料 进 行 设 计 已 经 成 为现 代 科 学 研 究 不 可 缺 少 的 研 究 手 段 。 这 主 要 是 因 为 在 许 多 情 况 下 计算 机 模 拟 比 实 验 更 快 、 更 省 ， 还 得 意 于 计 算 机 模 拟 可 以 预 测 一 些 当前 实 验 水 平 难 以 达 到 的 情 况 。 然 而 在 众 多 的 模 拟 方 法 中 ， 第 一 性 原理 计 算 凭 借 其 独 特 的 精 度 和 无 需 经 验 参 数 而 得 到 众 多 研 究 人 员 的青 睐 ， 成 为 计 算 材 料 学 的 重 要 基 础 和 核 心 计 算 。 本 章 将 介 绍 第 一 性原 理 计 算 的 理 论 基 础 ， 研 究 方 法 和 ABINIT软 件 包 。 1.1第 一 性 原 理 第 一 性 原 理 计 算 (简 称 从 头计 算 ， the abinitio calculation)， 指从 所要 研 究 的 材 料 的 原 子组分出发 ， 运用 量子力学 及其 它物 理 规律， 通过自洽计 算 来确定指定材 料 的 几何结构、 电子结构、 热力学性 质和 光学 性 质等材 料 物 性 的 方 法 。 基 本 思想是 将 多 原 子构成 的 实际体系理 解成 为 只有电子和 原 子核 组成 的 多 粒子系统， 运用 量子力学 等最基 本 的 物 理 原 理 最大限度 的 对 问题进 行 ”非经 验 ”处理 。【1】第 一 性 原 理 计 算 就只需 要 用 到 五个最基 本 的 物 理 常量即(bokchem....)和 元素周期表中 各组分元素的 电子结构， 就可 以 合理 地预 测 材 料 的许 多 物 理 性 质。 用 第 一 性 原 理 计 算 的 晶胞大小和 实 验 值相比 误差只有几个百分点， 其 他性 质也 和 实 验 结果比 较吻合， 体现 了 该理 论 的正确性 。 第一性原理计算按照如下三个基本假设把问题简化： 1．利用Born-Oppenheimer绝热近似把包含原子核和电子的多粒子问题转化为多电子问题。 2．利用密度泛函理论的单电子近似把多...