第一性原理計算
關(guān)注創(chuàng)建者：牛波 創(chuàng)建時間：2020-04-28
第一性原理計算的實(shí)例教程
必須開發(fā)具有高能量、高功率、良好安全性和更長的循環(huán)壽命的新型電極材料，用以滿足日益增長的儲能需求，尤其是在運(yùn)輸過程中的應(yīng)用。盡管第一性原理計算已經(jīng)成為了設(shè)計新電極材料用于鋰離子電池中的一種不可或缺的工具，然而更重要的是，需清醒地認(rèn)識到仍有很多關(guān)于第一性原理計算的挑戰(zhàn)丞待解決。
文獻(xiàn)連接：First principles computational materials design for energy storage materials in lithium ion batteries（Energy Environ. Sci., 2009, DOI: 10.1039/B901825E）
展開 “LAMMPS分子動力學(xué)模擬技術(shù)與應(yīng)用”
2019年03月14日-17日 北京
“第一性原理計算方法及應(yīng)用”
2019年03月14日-17日 北京
“單晶結(jié)構(gòu)解析及可視化分析與應(yīng)用”
2019年03月28日-31日 北京
此通知長期有效，最新信息可關(guān)注官方網(wǎng)站srit.ac.cn或者www.hdpaii.com
北京軟研國際信息技術(shù)研究院推出“LAMMPS分子動力學(xué)技術(shù)與應(yīng)用”和“VASP第一性原理計算方法及應(yīng)用”專題交流研討會議。如何利用LAMMPS模擬分子擴(kuò)散、輸運(yùn)及兩相的相互作用，對計算和實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充進(jìn)行預(yù)測指導(dǎo)；如何運(yùn)用VASP基本原理及計算進(jìn)行材料性能測試和新材料研究
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VASP 第一性原理計算方法與應(yīng)用
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關(guān)于舉辦“第一性原理計算方法及應(yīng)用”線上+線下實(shí)戰(zhàn)培訓(xùn)的通知
各有關(guān)單位：
材料基因工程是近年來國際材料領(lǐng)域興起的顛覆性前沿技術(shù)，隨著國內(nèi)計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，多尺度材料模擬計算成為材料研究中不可或缺的一部分。計算材料學(xué)主要致力于建立可預(yù)測或可描述的模型，以幫助研究材料的內(nèi)在機(jī)理并減少新材料開發(fā)的時間和成本。VASP是目前材料微觀反應(yīng)機(jī)理和計算材料電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)科學(xué)研究中最流行的一款軟件，它可以處理金屬及其氧化物、半導(dǎo)體、晶體、摻雜體系、納米材料、分子、團(tuán)簇、表面體系和界面體系等。
為全力做好教育系統(tǒng)新型冠狀病毒感染的肺炎疫情防控工作，確保廣大師生的身體健康和生命安全，根據(jù)中央有關(guān)精神以及教育部《關(guān)于2020年春季學(xué)期延期開學(xué)的通知》，各級教育主管部門也紛紛提出將通過開展網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，確保“停課不停教、不停學(xué)”。應(yīng)廣大技術(shù)工作者要求，北京軟研國際信息技術(shù)研究院特舉辦“第一性原理計算方法及應(yīng)用”線上+線下實(shí)戰(zhàn)培訓(xùn)班，本次培訓(xùn)由互動派（北京）教育科技有限公司具體承辦，具體相關(guān)事宜通知如下：
一、培訓(xùn)目標(biāo)：
1、本次課程共計5天，采用“3+2”教學(xué)體系，2天在線教學(xué)及3天線下實(shí)訓(xùn)；內(nèi)容從基礎(chǔ)到實(shí)戰(zhàn)共分為四個模塊：一是VASP基本原理及計算準(zhǔn)備；二是參數(shù)相關(guān)設(shè)置技巧及參數(shù)收斂性測試；三是材料計算實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用專題；四是關(guān)于催化反應(yīng)計算實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用專題。
展開 詳情鏈接：http://flac3d.cn/hdp/lam/zsb.html 或者直接聯(lián)系QQ 85329991
關(guān)于“第一性原理計算方法及應(yīng)用”專題培訓(xùn)班
培訓(xùn)背景
在國家提出“材料基因工程”項(xiàng)目大背景下，采用多尺度材料模擬計算在探索物質(zhì)世界微觀機(jī)理，預(yù)測新材料和新性能，模擬極端環(huán)境下材料性能等方面發(fā)揮著越來越重要的作用。同時，計算模擬也逐漸成為實(shí)驗(yàn)科學(xué)中解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，洞悉材料微觀作用原理的利器。VASP是目前研究催化反應(yīng)機(jī)理和計算材料電子結(jié)構(gòu)性質(zhì)科學(xué)研究中最流行的商用軟件，它可以處理周期性邊界條件下原子、分子、團(tuán)簇、納米線(或管)、薄膜、晶體、準(zhǔn)晶和無定性材料，以及表面體系和固體。總的來說，VASP能夠廣泛地處理從零維到三維的體系，涉及到能源存儲與轉(zhuǎn)化、催化反應(yīng)機(jī)理、電子功能器件和極端物理等應(yīng)用領(lǐng)域。
培訓(xùn)目標(biāo)
1、采用理論和上機(jī)演示相結(jié)合的教學(xué)形式，內(nèi)容分為四個專題：一是VASP基本原理及計算準(zhǔn)備；二是參數(shù)相關(guān)設(shè)置技巧及參數(shù)收斂性測試；三是關(guān)于材料電子結(jié)構(gòu)計算方面的計算培訓(xùn)專題；四是關(guān)于催化反應(yīng)微觀機(jī)理的培訓(xùn)專題。分別為模擬入門、進(jìn)階提升的同學(xué)所準(zhǔn)備；有助于學(xué)員進(jìn)行新材料研究、材料性能預(yù)測、先進(jìn)材料應(yīng)用以及工業(yè)化生產(chǎn)等各個環(huán)節(jié)。
2、通過課堂上跟老師和同行的面對面交流快速有效的解決您的疑問，節(jié)約您的寶貴時間，提高科研效率。參加一次培訓(xùn)，后期可以免費(fèi)再參加一次。
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第一性原理計算的最新內(nèi)容
趨勢：宏觀設(shè)備仿真+微觀材料第一性原理計算的結(jié)合，這種多尺度耦合建模在能源行業(yè)（特別是氫能）越來越重要了？
【一點(diǎn)感想】
看完這些議題，感覺現(xiàn)在仿真技術(shù)的要求越來越綜合了：
1.多物理場、多尺度耦合是標(biāo)配。
2.AI與仿真的結(jié)合（比如用AI加速計算、代理模型）正在成為解決復(fù)雜大系統(tǒng)問題的關(guān)鍵。
利用第一性原理計算可以深入分析材料的版單體的物理性質(zhì)，下面以典型的二維材料MoS2為例介紹材料的計算以及分析過程。
圖1 單層MoS2的晶體結(jié)構(gòu)示意圖
投影能帶的計算：
通過計算可以詳細(xì)分析能帶結(jié)構(gòu)，可以區(qū)分出不同自旋方向的能帶結(jié)構(gòu)，以便于更加深入的分析電子的運(yùn)動。
傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)手段難以直接觀測原子尺度電荷分布與軌道相互作用，而基于密度泛函理論（Density Functional Theory，DFT）的第一性原理計算成為破局關(guān)鍵。
本文主要使用SIESTA(第一性原理計算引擎)，介紹了在全固態(tài)電池的固體電解質(zhì)中插入鋰離子到陰極/陽極以及鋰離子擴(kuò)散所引起的物理性質(zhì)變化的實(shí)例。
1．用作陽極的石墨和非晶硅吸收和解吸鋰離子而引起的體積膨脹與收縮、彈性模量和電子態(tài)密度的變化。
2．評估用作陰極的LiCoO2的體積模量。
3．評估鋰離子在固體電解質(zhì) LiZr2(PO4)3 (LZP) 中的擴(kuò)散系數(shù)。
剛度矩陣中任意元素都可以根據(jù)由第一性原理計算得出的聲子色散曲線來確定。
在本次案例研究中，我們介紹了一個用立方體結(jié)構(gòu)來分析硅、金剛石和銅單晶的剛度矩陣的方法。
如圖1，硅是具有金剛石結(jié)構(gòu)的立方晶體，其剛度矩陣如下所示。
剛度矩陣中任意元素都可以根據(jù)由第一性原理計算得出的聲子色散曲線來確定。
在本次案例研究中，我們介紹了一個用立方體結(jié)構(gòu)來分析硅、金剛石和銅單晶的剛度矩陣的方法。
如圖1，硅是具有金剛石結(jié)構(gòu)的立方晶體，其剛度矩陣如下所示。
剛度矩陣中任意元素都可以根據(jù)由第一性原理計算得出的聲子色散曲線來確定。
在本次案例研究中，我們介紹了一個用立方體結(jié)構(gòu)來分析硅、金剛石和銅單晶的剛度矩陣的方法。
如圖1，硅是具有金剛石結(jié)構(gòu)的立方晶體，其剛度矩陣如下所示。
本文主要使用SIESTA(第一性原理計算引擎)，介紹了在全固態(tài)電池的固體電解質(zhì)中插入鋰離子到陰極/陽極以及鋰離子擴(kuò)散所引起的物理性質(zhì)變化的實(shí)例。
1．用作陽極的石墨和非晶硅吸收和解吸鋰離子而引起的體積膨脹與收縮、彈性模量和電子態(tài)密度的變化。
2．評估用作陰極的LiCoO2的體積模量。
3．評估鋰離子在固體電解質(zhì) LiZr2(PO4)3 (LZP) 中的擴(kuò)散系數(shù)。
比較突出直接將第一性原理計算的聲子性質(zhì)納入器件熱模擬的重要性，并且本文可以更清楚地了解GaN中的近結(jié)熱輸運(yùn)，并且可以用于GaN基器件的熱模擬。
在計算性能需求方面，第一性原理計算通常對計算資源有較高的要求，因?yàn)檫@些計算是基于從頭算的量子力學(xué)計算，可以受益于多核 CPU 和高性能計算集群。一些分子動力學(xué)模擬軟件和有限元分析軟件也可以進(jìn)行多核并行計算。
對于結(jié)構(gòu)金屬間化合物、非晶合金及亞穩(wěn)金屬材料、新一代基礎(chǔ)金屬材料、新金屬功能材料基礎(chǔ)研究等領(lǐng)域的研究，通常使用有限元分析、數(shù)值模擬等算法，這些算法通常基于CPU多核。
