第一性原理，MadeA，二維材料的案例
第一性原理在材料科學(xué)上的應(yīng)用進(jìn)展
第一性原理其實(shí)是古希臘哲學(xué)家亞里士多德提出的一個(gè)哲學(xué)術(shù)語：每個(gè)系統(tǒng)中存在一個(gè)最基本的命題，它不能被違背或刪除。
圖1 亞里士多德
在材料科學(xué)領(lǐng)域中，第一性原理是指根據(jù)原子核和電子相互作用的原理及其基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律，運(yùn)用量子力學(xué)，從具體要求出發(fā)，經(jīng)過一系列近似處理后直接求解Schrodinger波動(dòng)方程得到電子結(jié)構(gòu)，從而精確地獲得體系的物理和化學(xué)性質(zhì)，預(yù)測(cè)微觀體系的狀態(tài)和性質(zhì)。但求解過程非常困難，為此，Born-Oppenheimer提出了絕熱近似，即將整個(gè)問題分為電子和核的運(yùn)動(dòng)來考慮，考慮電子運(yùn)動(dòng)時(shí)原子核處于瞬時(shí)位置，而考慮原子核的運(yùn)動(dòng)時(shí)則不考慮電子在空間的具體分布。對(duì)于N個(gè)電子的系統(tǒng)，其求解仍然非常困難，因此提出了單電子近似，即只考慮一個(gè)電子，而把其他電子對(duì)它的作用近似地處理成某種形式的勢(shì)場(chǎng)，這樣就轉(zhuǎn)化為單電子問題，即平均場(chǎng)近似[1,2]。
第一性原理就是在絕熱近似和單電子近似的基礎(chǔ)上，通過自洽計(jì)算來求解描述微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的薛定諤方程。哈特里-?？耍℉artree-Fock）近似是平均場(chǎng)近似的一種，它忽略了電子之間的相互作用，把電子視為在離子勢(shì)場(chǎng)和其他電子的平均勢(shì)場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)，這種近似使計(jì)算精度受到一定的限制。1964年，Hohenberg和Kohn提出了密度泛函理論，這一理論巧妙地將電子之間的交換關(guān)聯(lián)勢(shì)表示為密度泛函的形式，從而使得材料的性質(zhì)可以由電子密度求出。此后，Kohn和Sham（沈呂九）得到了密度泛函理論中的單電子方程，即Kohn-Sham（KS）方程，使得密度泛函理論得以實(shí)際應(yīng)用[3,4]。
展開 關(guān)于第一性原理在材料理論計(jì)算方面的作用
第一原理計(jì)算軟件開展的工作，分析結(jié)果主要是從以下三個(gè)方面進(jìn)行定性/定量的討論： 1、電荷密度圖（charge density）； 2、能帶結(jié)構(gòu)（Energy Band Structure）； 3、態(tài)密度（Density of States，簡(jiǎn)稱DOS）。
電荷密度圖是以圖的形式出現(xiàn)在文章中，非常直觀，因此對(duì)于一般的入門級(jí)研究人員來講不會(huì)有任何的疑問。唯一需要注意的就是這種分析的種種衍生形式，比如差分電荷密圖（def-ormation charge density）和二次差分圖（difference charge density）等等，加自旋極化的工作還可能有自旋極化電荷密度圖（spin-polarized charge density）。
所謂“差分”是指原子組成體系（團(tuán)簇）之后電荷的重新分布，“二次”是指同一個(gè)體系化學(xué)成分或者幾何構(gòu)型改變之后電荷的重新分布，因此通過這種差分圖可以很直觀地看出體系中個(gè)原子的成鍵情況。通過電荷聚集（accumulation）/損失（depletion）的具體空間分布，看成鍵的極性強(qiáng)弱；通過某格點(diǎn)附近的電荷分布形狀判斷成鍵的軌道（這個(gè)主要是對(duì)d軌道的分析）。
分析總電荷密度圖的方法類似，不過相對(duì)而言，這種圖所攜帶的信息量較小。能帶結(jié)構(gòu)分析現(xiàn)在在各個(gè)領(lǐng)域的第一原理計(jì)算工作中用得非常普遍了。但是因?yàn)槟軒н@個(gè)概念本身的抽象性，對(duì)于能帶的分析是讓初學(xué)者最感頭痛的地方。關(guān)于能帶理論本身，我在這篇文章中不想涉及（有興趣的讀者可以參考黃昆先生的固體物理），這里只考慮已得到的能帶，如何能從里面看出有用的信息。首先當(dāng)然可以看出這個(gè)體系是金屬、半導(dǎo)體還是絕緣體。判斷的標(biāo)準(zhǔn)是看費(fèi)米能級(jí)和導(dǎo)帶（也即在高對(duì)稱點(diǎn)附近近似成開口向上的拋物線形狀的能帶）是否相交，若相交，則為金屬，否則為半導(dǎo)體或者絕緣體。
展開 第一性原理、量子化學(xué)、材料模擬。軟件實(shí)戰(zhàn)
第一性原理、量子化學(xué)、材料模擬。軟件實(shí)戰(zhàn)
Sci.經(jīng)典綜述：第一性原理計(jì)算材料設(shè)計(jì)用于鋰離子電池中的儲(chǔ)能材料
4.2 納米尺寸效應(yīng)
轉(zhuǎn)換電極中納米尺寸效應(yīng)的第一原理研究受到幾個(gè)主要障礙的阻礙：（1）有限的計(jì)算能力，一個(gè)2 nm的Pt顆粒含有250個(gè)原子，這已經(jīng)是一種高度密集的計(jì)算，首次放電后會(huì)出現(xiàn)1-5 nm的金屬顆粒；（2）必須建立一種方法用于模擬具有極端化學(xué)異質(zhì)性的復(fù)雜氧化物/氧化物/氟氧化物納米復(fù)合材料；（3）轉(zhuǎn)化反應(yīng)中的傳輸性能和相變機(jī)理目前在實(shí)驗(yàn)或計(jì)算上都還不太清楚。
圖17 使用計(jì)算了九個(gè)方向的表面能的Wulff形狀的LiFePO4，右側(cè)的色標(biāo)欄給出了表面的能量標(biāo)度，單位是J m-2
4.3 界面效應(yīng)
在M/Liz/yX（M=過渡金屬，X=O或F）納米復(fù)合材料發(fā)生的相關(guān)界面效應(yīng)可以通過轉(zhuǎn)化反應(yīng)獲得。在低壓下，鋰離子被儲(chǔ)存在氧化物的界面?zhèn)龋娮游挥诮饘賯?cè)，這樣可導(dǎo)致電荷分離（具有高倍率性能的偽電容行為），而這種新型附加鋰儲(chǔ)存的界面機(jī)理依賴于所存在的納米顆粒。對(duì)于理解納米復(fù)合電極中的界面效應(yīng)用于開發(fā)新型儲(chǔ)能材料至關(guān)重要，并且從頭算（ab initio）將會(huì)在此發(fā)揮關(guān)鍵作用。
【小結(jié)】
本文介紹了第一性原理計(jì)算如何加速搜尋可用于鋰電池的儲(chǔ)能電極材料。必須開發(fā)具有高能量、高功率、良好安全性和更長(zhǎng)的循環(huán)壽命的新型電極材料，用以滿足日益增長(zhǎng)的儲(chǔ)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(jì)算已經(jīng)成為了設(shè)計(jì)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(shí)到仍有很多關(guān)于第一性原理計(jì)算的挑戰(zhàn)丞待解決。
展開 
第一性原理、量子化學(xué)計(jì)算
1，（8月13日-8月16日） LAMMPS動(dòng)力學(xué)實(shí)戰(zhàn)班
2，（8月21日-8月24日）第一性原理與vasp實(shí)戰(zhàn)班
3，（8月27日-8月30日）量子化學(xué)Gaussian理論實(shí)踐
4，（9月17日-9月20日）材料模擬實(shí)戰(zhàn)課程安排
【主講內(nèi)容】
一、Lammps基礎(chǔ)與原理
二，Lammps大量實(shí)例練習(xí)賞析（已發(fā)表文章）
三、LAMMPS高級(jí)研修及案例操作
一、密度泛函理論基礎(chǔ) 二、催化基礎(chǔ)
三、MS構(gòu)建表面模型 四、Linux操作命令
五、VASP輸入輸出文件
六、表面吸附 七、過渡態(tài)搜索
八、后處理 九、微動(dòng)力學(xué)模擬
十、光催化入門
十一、光催化計(jì)算示例
十二、電催化入門
一、計(jì)算化學(xué)理論及程序入門操作
二、Gaussian基礎(chǔ)操作及實(shí)際計(jì)算過程
三、Gaussian進(jìn)階操作及實(shí)際計(jì)算過程
四、Gaussian計(jì)算實(shí)踐專題與應(yīng)用
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劉娜(老師)
手機(jī)： 13311241619
展開 分子動(dòng)力學(xué)及第一性原理計(jì)算
“LAMMPS分子動(dòng)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(jì)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(zhǎng)期有效，最新信息可關(guān)注官方網(wǎng)站srit.ac.cn或者www.hdpaii.com
基于Material Studio軟件使用第一性原理預(yù)測(cè)AlAs的晶格參數(shù)
模塊：Materials Visualizer、CASTEP
時(shí)間：
先決條件：
背景：
最近，密度泛函理論方法(DFT)應(yīng)用于大周期系統(tǒng)研究方面的進(jìn)展在解決材料設(shè)計(jì)和加工中的問題上變得非常重要。該理論允許對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行解釋，測(cè)定材料的潛在性質(zhì)，從未知晶體的結(jié)構(gòu)屬性到結(jié)合能和表面分子的活性等等。這些工具可以被用來指導(dǎo)和引導(dǎo)新材料的設(shè)計(jì)，允許研究者了解潛在的化學(xué)和物理過程。
介紹：
本教程演示了在Materials Studio 中，CASTEP 是如何使用量子力學(xué)方法來測(cè)定材料的晶體結(jié)構(gòu)的，你將學(xué)會(huì)如何構(gòu)建晶體結(jié)構(gòu)并設(shè)置一個(gè)CASTEP幾何優(yōu)化運(yùn)算，然后分析計(jì)算結(jié)果。
注意：本教程的完成需要運(yùn)行CASTEP幾何優(yōu)化，信賴于計(jì)算服務(wù)器的配置，本計(jì)算可能需要花費(fèi)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。
1. 構(gòu)建AlAs晶體結(jié)構(gòu)
為了構(gòu)建晶體結(jié)構(gòu)，需要了解空間群、晶格參數(shù)和所要建立的晶體的內(nèi)坐標(biāo)等知識(shí)。對(duì)AlAs 來說，空間群是F-43m，或者空間群代號(hào)為216。晶格中有兩個(gè)原子，Al 和As 的分?jǐn)?shù)坐標(biāo)分別為(0，0，0)和(0.25，0.25，0.25)，晶格參數(shù)為5.6622 ?。
第一步是建立晶格。
在Project Explorer中，右擊根目錄并選擇New | 3D Atomistic Document。在Project Explorer中右擊該文件，將文件重新命名為AlAs.xsd。
從菜單欄上選擇Build | Crystals | Build Crystal。
顯示Build Crystal 對(duì)話框，如圖5－1。
點(diǎn)擊Enter group輸入216，按下TAB鍵。
Space group information欄被F-43m空間群的信息所更新。
選擇Lattice Parameters選項(xiàng)卡，將a的值從10.00 改變5.6622。
展開 【11月29日-12月2日 北京】 關(guān)于“第一性原理計(jì)算方法及應(yīng)用”專題培訓(xùn)班
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(jì)算方法及應(yīng)用”專題培訓(xùn)班
培訓(xùn)背景
在國(guó)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(jì)算在探索物質(zhì)世界微觀機(jī)理，預(yù)測(cè)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(shí)，計(jì)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(jì)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?？偟膩碚f，VASP能夠廣泛地處理從零維到三維的體系，涉及到能源存儲(chǔ)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(gè)專題：一是VASP基本原理及計(jì)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(cè)試；三是關(guān)于材料電子結(jié)構(gòu)計(jì)算方面的計(jì)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(cè)、先進(jìn)材料應(yīng)用以及工業(yè)化生產(chǎn)等各個(gè)環(huán)節(jié)。
2、通過課堂上跟老師和同行的面對(duì)面交流快速有效的解決您的疑問，節(jié)約您的寶貴時(shí)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。
展開 關(guān)于舉辦“LAMMPS分子動(dòng)力學(xué)技術(shù)與應(yīng)用與第一性原理計(jì)算方法及應(yīng)用”線上+線下實(shí)戰(zhàn)培訓(xùn)的通知
七、聯(lián)系方式：
咨詢電話：18618288284 聯(lián) 系 人: 唐老師
報(bào)名郵箱：13167390675@163.com 報(bào)名QQ: 2720927402 微信：17800209174
【注】開課前一周會(huì)務(wù)組統(tǒng)一通知；開課前一天會(huì)將直播鏈接及上機(jī)賬號(hào)發(fā)至您郵箱或微信。如未收到請(qǐng)及時(shí)電話咨詢！
關(guān)于舉辦“第一性原理計(jì)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(guó)際材料領(lǐng)域興起的顛覆性前沿技術(shù)，隨著國(guó)內(nèi)計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，多尺度材料模擬計(jì)算成為材料研究中不可或缺的一部分。計(jì)算材料學(xué)主要致力于建立可預(yù)測(cè)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(shí)間和成本。VASP是目前材料微觀反應(yīng)機(jī)理和計(jì)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(jí)教育主管部門也紛紛提出將通過開展網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，確?！巴Ｕn不停教、不停學(xué)”。應(yīng)廣大技術(shù)工作者要求，北京軟研國(guó)際信息技術(shù)研究院特舉辦“第一性原理計(jì)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(dòng)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(jì)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(gè)模塊：一是VASP基本原理及計(jì)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(cè)試；三是材料計(jì)算實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用專題；四是關(guān)于催化反應(yīng)計(jì)算實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用專題。
展開 北京軟研國(guó)際信息技術(shù)研究院推出“LAMMPS分子動(dòng)力學(xué)技術(shù)與應(yīng)用”和“VASP第一性原理計(jì)算方法及應(yīng)
北京軟研國(guó)際信息技術(shù)研究院推出“LAMMPS分子動(dòng)力學(xué)技術(shù)與應(yīng)用”和“VASP第一性原理計(jì)算方法及應(yīng)用”專題交流研討會(huì)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(duì)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充進(jìn)行預(yù)測(cè)指導(dǎo)；如何運(yùn)用VASP基本原理及計(jì)算進(jìn)行材料性能測(cè)試和新材料研究
具體通知內(nèi)容請(qǐng)聯(lián)系：招生辦公室 電話：15510057995 QQ：85329991
詳細(xì)內(nèi)容鏈接：http://flac3d.cn/hdp/lam/zsb.html
更多MD課程GROMACS、AMBER等課程可直接聯(lián)系招生老師
VASP 第一性原理計(jì)算方法與應(yīng)用
展開 聲子晶體、超材料、周期性結(jié)構(gòu)常見格子的第一布里淵區(qū)、不可約布里淵區(qū)及其對(duì)稱點(diǎn)
這里列出了求解各種晶格排列形式的聲子晶體帶隙時(shí)，元胞的第一布里淵區(qū)、不可約布里淵區(qū)及其對(duì)稱點(diǎn)。方便在掃描波矢k時(shí)使用。
