? ? ?《模擬計算方法》是針對材料、化學(xué)等相關(guān)專業(yè)博士開設(shè)的選修課程，主要介紹基于密度泛函理論的第一性原理計算內(nèi)容，包括數(shù)值方法原理、數(shù)據(jù)分析以及相關(guān)的拓展模型等。通過該課程的學(xué)習(xí)，同學(xué)們將掌握兩大類問題的處理方法：（1）根據(jù)確定的結(jié)構(gòu)，計算材料相關(guān)性能(光、電、磁等)，為相關(guān)實驗提供理論支持；(2)?根據(jù)材料組元確定材料的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，研究溫度、組分對結(jié)構(gòu)和性能調(diào)控，實現(xiàn)基于功能的材料設(shè)計。

? ? ? ?課程內(nèi)容主要包含以下幾個部分：

? ? ? ?1. 結(jié)構(gòu)建模

? ? ? ?對于常見的晶體結(jié)構(gòu)，我們可以在數(shù)據(jù)庫網(wǎng)站（比如AFLOW等）下載cif或者POSCAR文件，用VESTA查看、轉(zhuǎn)換，即可提交計算；對于分子結(jié)構(gòu)，可以用Avogadro建模，根據(jù)分子式和成鍵方式，得到結(jié)構(gòu)和對應(yīng)的xyz文件，并進(jìn)一步轉(zhuǎn)換相應(yīng)的格式；對于合金體系，可以通過我們開發(fā)的網(wǎng)頁產(chǎn)生結(jié)構(gòu)文件（免費使用）http://sagar.compphys.cn/sagar。如果是表面吸附，對應(yīng)的分子在不同吸附位置有不同的取向，可以通過矩陣運(yùn)算（平移、旋轉(zhuǎn)等）得到對應(yīng)的坐標(biāo)，進(jìn)一步生成結(jié)構(gòu)文件即可，而表面、界面結(jié)構(gòu)的生成也可以借助sagar網(wǎng)頁分步完成。在確定結(jié)構(gòu)后，通過網(wǎng)頁平臺完成計算，結(jié)合數(shù)據(jù)庫進(jìn)行相應(yīng)的分析。

? ? ? ?2. 確定結(jié)構(gòu)的性能計算

? ? ? ?對于確定的結(jié)構(gòu)，可以通過聲子譜的計算判斷動力學(xué)穩(wěn)定性，討論自由能隨溫度的變化，計算熱膨脹系數(shù)等；通過差分電荷計算，可以了解成鍵過程中的電荷轉(zhuǎn)移，根據(jù)PDOS分析判斷鍵的屬性（共價鍵、離子鍵等）；根據(jù)能帶計算確定金屬、半導(dǎo)體，計算有效質(zhì)量，預(yù)判輸運(yùn)性能等，根據(jù)光學(xué)性質(zhì)的計算（介電函數(shù)虛部、激發(fā)態(tài)等）研究材料的光電性能；對于缺陷體系，通過形成能的計算，判斷不同條件下穩(wěn)定的缺陷和對應(yīng)的價態(tài)等。

? ? ? ?3. 結(jié)構(gòu)篩選和設(shè)計

? ? ? ?對于高覆蓋度吸附、多元合金體系，我們需要通過自由能的計算確定不同組分下可能的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，考慮化學(xué)勢隨溫度、壓強(qiáng)的變化，討論穩(wěn)定結(jié)構(gòu)隨環(huán)境因素的演化；結(jié)合格子氣、Ising模型等，討論溫度導(dǎo)致的有序-無序轉(zhuǎn)變，借助SQS方法得到無序結(jié)構(gòu)的等價表示，借助GQCA方法得到合金體系的固溶溫度隨組分的變化等。