第一性原理浅谈
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发布于：2023-09-21
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- 第一性原理计算在半导体领域应用广泛，不仅可以计算半导体的电子结构，例如能带、态密度等，而且可以用于研究半导体的缺陷工程以及半导体中的量子输运现象。我们知道物质由分子组成，分子由原子组成，原子由原子核和电子组成。量子力学计算就是根据原子核和电子的相互作用原理去计算分子结构和分子能量（或离子），然后就能计算物质的各种性质。是现阶段解决实验理论问题和预测新材料结构性能的有力工具。并且，第一性原理计算不需要开展真实的实验，极大地节省了实验成本，现已被广泛应用于化学、物理、生命科学和材料学等领域。
- 物理和数学都是有第一性原理作为支撑的，相反，所有的社会科学就没有第一性原理了，因为所有的心理学、社会学、哲学等学科都是基于经验与模型而成立的。在物理学中，如果计算直接从已建立的物理定律的水平开始，并且不进行经验模型和拟合参数等假设，则称其为第一性原理或从头开始计算。例如，在不包括将模型拟合到实验数据的一组近似值内使用薛定谔方程计算电子结构是一种从头开始的方法。
- 第一性原理计算按照如下三个基本假设把问题简化：
- 1.利用Born-0ppenheimer绝热近似把包含原子核和电子的多粒子问题转化为多电子问题。
- 2.利用密度泛函理论的单电子近似把多电子薛定谔方程简化为比较容易求解的单电子方程。
- 3.利用自洽迭代法求解单电子方程得到系统基态和其他性质。
- 第一性原理计算的理论基础和实现方法：绝热近似、密度泛函理论、局域密度近似（LDA）和广义梯度近似（GGA）、平面波及势方法、密度泛函的微扰理论、热力学计算方法和第一性原理计算程序包ABINIT。
- 适合的研究方向包括但不限于：催化、电池、半导体、金属材料、非
- 金属材料、合金、纳米材料等，可以计算的体系包括但不限于：晶体、非晶、二维材料、表面、界面、固体等。
- 常用软件：VASP，MS，CP2K，QE 等 。
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