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第一性原理计算的一般步骤

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作者:baolu来源:第一性原理计算

第一性原理计算的一般流程可以用“三步走”来归纳,分别是结构优化、自洽计算和性质计算。也可以吧这三步当做一个台阶,从阶梯拾阶而上分别是结构优化、自洽计算和性质计算这三级台阶。因为上台阶必须从地台阶向高阶梯爬,下一步计算的前提必须使用上一步计算的结论,因而第一性原理计算的这三步也必须按序来实行,即先结构优化,随后开展自洽计算,最终开展性质计算。

1. 结构优化

结构优化是依照一定的优化算法,根据适合的判据,对资料的结构主要参数开展更改的一种计算。结构优化必须的键入文档是材质的结构文档。一般来说,获得资料的结构文档有两个方式:

科学研究工作人员应用建模手机软件自主创建所要科学研究资料的结构实体模型。Materials Studio服务平台是一款杰出的建模手机软件。自主建模必须所科学研究资料的各种各样主要参数,如对称、晶体结构的规格、晶体结构中分子的类别和每个分子在晶体结构中的部位等 。

运用现有的一些数据信息立即获得科学研究资料的结构文档。普遍的数据库系统有无机物结晶结构数据库查询(inorganic crystal structure database,ICSD)、剑桥大学结晶大数据中心(Cambridge crystallographic data centre,CCDC)等。运用结构数据库查询,可以把必须原材料的结构文档导出来,再键入第一性原理手机软件,就可以开展计算。

较为二种获得原材料结构的方式 可以发觉:第一种方式 的特点是灵便、可操控性强,而弊端是建模全过程繁琐用时,且非常容易由于实际操作粗心大意而出差错;第二种方式的优点和缺点刚好和第一种的反过来,建模省时省力,稳定性高,但要是碰到数据库查询中并没有百度收录的原材料,就难以获得结构文档了。在具体建模时,应将二种办法结合在一起熟练掌握,进而提升建模的高效率。

2. 自洽计算

结构优化后就取得了一种原材料在计算手机软件这类虚拟环境中的平稳结构。仅有确保结构是充足提升过的,才可以再次接下来的科学研究。因此,结构优化后的资料文档就变成开展自洽计算和性质计算的键入文档。

值得一提的是,自洽计算获得的管理体系总动能是十分关键的,各种各样热学相关的动能计算,如产生能、表面、吸咐能等,只有应用自洽计算获得的动能。

3. 性质计算

自洽计算后,就可以将波动方程或电荷分布做为键入文档开展可带结构、态密度等性质的计算。

前边的自洽计算已经取得了管理体系的波动方程,因为波动方程包括了管理体系全部的信息内容,则这一管理体系全部的性质都已经了解。因而,计算原材料的各种各样性质事实上就是以已经取得的波动方程或电荷分布中“获取”必须的信息内容,这也恰好是性质计算必须用自洽计算获得的波动方程或是电荷分布做为键入文档的缘故。

结构优化、自洽计算及其性质计算与拍照较为相近:结构优化如同许多人们在合照时,先根据个子瘦胖等来提升每一个人所站的部位;自洽计算便是在每一个人的地方站定之后一种合照,这图相当于波动方程或电子密度文档;性质计算如同是运用合照来获取相片上所需的信息内容,如相片里边男孩和女孩各多少人等。

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