电子结构计算方法概述

第 二 章 电 子 结 构 计 算 方 法 概 述 物 体 所 表 现 的 宏 观 特 性 都 由 物 体 内 部 的 微 观 结 构 决 定 ， 块 状 材 料在 力 学 、 热 学 、 电 学 、 磁 学 和 光 学 等 方 面 的 许 多 基 本 性 质 ， 如 振 动 谱 、电 导 率 、 热 导 率 、 磁 有 序 、 光 学 介 电 函 数 、 超 导 等 都 由 电 子 结 构 决 定 1。 因 此 ， 定 量 、 精 确 地 计 算 材 料 的 电 子 结 构 在 解 释 实 验 现 象 、 预 测材 料 性 能 、 指 导 材 料 设 计 等 方 面 都 具 有 非 常 重 要 的 意 义 和 作 用 ， 也 是一 个 富 有 挑 战 性 的 课 题 。 2 .1 第 一性原理计 算 方 法 概 述 2 .1 .1 基本概 念 与 其 它 理 论 计 算 方 法 类 似 ， 电 子 结 构 的 计 算 方 法 大 体 上 也 可 划 分为 两 类 ： 半 经 验 （ 或 经 验 ） 计 算 方 法 与 第 一 性 原 理 (First-Principles)计 算 方 法 (也 有 “从头算 （ ab initio） ”这个 叫法 )。 前者是 指 在 总结 归纳某些实 验 现 象 与 结 果的 基 础 上 建 立 起 相 应 的 理 论 模 型 、 计 算 公 式 与参 数 ， 然 后 推 广 应 用 到 研 究 其 它 现 象 和 性 质 的 理 论 方 法 ； 后 者则 指 仅需 采 用 5个 基 本 物 理 常 数 ， 即 电 子 的 静 止 质 量 m0、 电 子 电 量 e、 普 朗 克(Plank)常 数 h、 光 速 c和 玻 尔 兹 曼 (Boltzmann)常 数 kB， 而 不 需 要 其 它 任何 或 经 验 或 拟 合 的 可 调 参 数 ,就 可 以 应 用 量 子 力 学 原 理 （ Schrödinger方 程 ） 计 算 出 体 系 的 总能 量 、 电 子 结 构 等 的 理 论 方 法 2。 在 计 算 过 程中 ， 它 只 需 知 道 构 成 体 系 的 各 个 元 素 与 所 需 要 模 拟 的 环 境 （ 如 几 何 结构 ） ， 因 此 有 着 半 经 验 方 法 不 可 比 拟 的 优 势 。 2 .1 .2 基本思路 量 子 力 学 是 20世 纪 最 伟 大 的 发 现 之...