第一性原理学习教案

1、会计学1第一性原理第一性原理(yunl)第一页，共63页。v定义：定义：v 第一性原理是一个计算物理和计算化学的专业第一性原理是一个计算物理和计算化学的专业名词，指的是基于量子力学原理，是以量化软名词，指的是基于量子力学原理，是以量化软件为载体，研究微观体系状态及性质的一种不件为载体，研究微观体系状态及性质的一种不断完善的现代断完善的现代(xindi)研究手段。研究手段。第1页/共62页第二页，共63页。求解(qi ji)方法Hartree-Fock 密度(md)泛函理论 量子蒙特卡罗 第2页/共62页第三页，共63页。第一性原理(yunl)m质量(zhling)e电子电荷h普朗克常数c光速k

2、B玻耳兹曼常数第3页/共62页第四页，共63页。第4页/共62页第五页，共63页。第5页/共62页第六页，共63页。第6页/共62页第七页，共63页。主要介绍一下基于密度(md)泛函理论的一些软件第7页/共62页第八页，共63页。v所谓(suwi)赝势，即在离子实内部用假想的势取代真实的势，求解波动方程时，能够保证能量本征值和离子实之间的区域的波函数不变。赝势法(Pseudo potential)软件第8页/共62页第九页，共63页。vMaterials Studio：可视化vVASP：基于(jy)linux、商业软件vABINIT：基于(jy)linux的开源免费软件基于(jy)赝势法的软件

3、第9页/共62页第十页，共63页。面心立方(lfng)晶体堆垛结构FeZn13的模型和晶体(jngt)拓展图 第10页/共62页第十一页，共63页。第11页/共62页第十二页，共63页。第12页/共62页第十三页，共63页。第13页/共62页第十四页，共63页。第14页/共62页第十五页，共63页。第15页/共62页第十六页，共63页。第16页/共62页第十七页，共63页。第17页/共62页第十八页，共63页。第18页/共62页第十九页，共63页。 应用第一原理(yunl)对CNTs杨氏模量的计算第19页/共62页第二十页，共63页。第20页/共62页第二十一页，共63页。第21页/共62页第

4、二十二页，共63页。v根据构成管壁C原子的层数不同，CNTs可分为SWNTs和MWNTsvCNTs除表面可以吸附氢气外，SWNTs管束(gunsh)的间隙、中间结构以及MWNTs的壁层的间隙均可作为储氢的吸附位。第22页/共62页第二十三页，共63页。第23页/共62页第二十四页，共63页。子间斥力，以及H2分子与管壁间斥力决定第24页/共62页第二十五页，共63页。 利用第一原理，通过密度泛函理论(DFT)计算(j sun)掺杂不同原子的SWNTs几种可能的几何结构，以及掺杂原子的稳定位，为下步研究其储氢性能提供依据。第25页/共62页第二十六页，共63页。第26页/共62页第二十七页，共6

5、3页。第27页/共62页第二十八页，共63页。第28页/共62页第二十九页，共63页。v1993年7月，哈佛大学成功利用激光溅射技术研制成功制得-C3N4薄膜。v分析表明，相比于金刚石的体积(tj)弹性模量435GPa，-C3N4体积(tj)弹性模量可达483GPa。第29页/共62页第三十页，共63页。第30页/共62页第三十一页，共63页。第一性原理(yunl)在贵金属团簇中的应用第31页/共62页第三十二页，共63页。类型类型典型代表典型代表键合方式键合方式平均结合能平均结合能范德瓦尔斯团簇范德瓦尔斯团簇Arn 、(N2)n弱静电作用弱静电作用0.3eV分子团簇分子团簇In 、(C6H6

6、)n弱静电作用弱静电作用0.3-1eV氢键团簇氢键团簇(HF)n、 (H2O)n电荷转移特征电荷转移特征0.3-0.5eV离子键团簇离子键团簇(NaCl)n 、(MgO)n静电作用静电作用2-4eV共价键团簇共价键团簇Cn 、Sin 、Gen共价键结合共价键结合1-4eV金属键团簇金属键团簇Agn、 Nan 、Cun电子结合电子结合0.5-3eV第32页/共62页第三十三页，共63页。第五态”第33页/共62页第三十四页，共63页。第34页/共62页第三十五页，共63页。 Au20团簇构型团簇构型 Au32团簇构型团簇构型 Au42团簇构型团簇构型第35页/共62页第三十六页，共63页。第36

7、页/共62页第三十七页，共63页。第37页/共62页第三十八页，共63页。物传感器的制备、表面等离激元增强光谱等。 纳米纳米(n m)生物传感生物传感器器第38页/共62页第三十九页，共63页。第39页/共62页第四十页，共63页。研究还未展开，结构转变并没有形成共识。第40页/共62页第四十一页，共63页。第41页/共62页第四十二页，共63页。第42页/共62页第四十三页，共63页。了比对。他们发现3eV以下s态跃迁的计算值与实验值较吻合。第43页/共62页第四十四页，共63页。Mn2NiGa的结构(jigu)立方结构四方结构第44页/共62页第四十五页，共63页。POSCARVASP（能

8、量(nngling)）Origin拟合(n h)基态结构立方结构Mn2NiGa的晶格优化曲线第45页/共62页第四十六页，共63页。0.941.27第46页/共62页第四十七页，共63页。05 . 05 . 05 . 005 . 05 . 05 . 000a0)1 (21)1 (21)1 (210)1 (21)1 (21)1 (2103/13/13/13/13/13/10a)1 (3230acaaV1/ac 四方(sfng)结构：000cacaca四方结构的矩阵(j zhn)表示第47页/共62页第四十八页，共63页。四方变形计算发现，Mn2NiGa的立方结构的总能位于(wiy)变形能量的局域

9、极大值处，不稳定。而在c/a=0.94及c/a=1.27处各自存在一个四方结构，c/a=0.94处四方结构的总能为局域极小值，c/a=1.27处四方结构的总能为局域最小值，二者分别对应一个稳定的马氏体相。第48页/共62页第四十九页，共63页。320232003320000461)(1)(169)(VVVVBVVBVEVEmurn.f:利用murn状态方程拟合(n h)晶格常数和计算体弹性模量B 第49页/共62页第五十页，共63页。磁性的计算发现，Mn2NiGa总磁矩的主要来自于Mn原子(yunz)的贡献，而Ni原子(yunz)和Ga则对磁性的贡献较不明显，且晶胞中Mn(A)和Mn(B)原子

10、(yunz)呈反铁磁排列，使得Mn2NiGa成为亚铁磁结构。四方变形过程中总磁矩随c/a的变化绝大多数来自于Mn(A)原子(yunz)和Ni原子(yunz)的共同作用。Mn2NiGa的立方结构单胞总磁矩为1.109B， c/a=0.94处的四方结构的单胞总磁矩为1.126B，c/a=1.27处的四方结构的单胞总磁矩为0.996B。第50页/共62页第五十一页，共63页。第51页/共62页第五十二页，共63页。M.S建建模模CASTEP优化优化弹性弹性(tnxng)常数计算常数计算弹性常数弹性常数(chngsh)分析分析第52页/共62页第五十三页，共63页。)()()(42121100OCCV

11、EE221000000PC11-C12的能量的能量(nngling)-应力拟合曲线应力拟合曲线第53页/共62页第五十四页，共63页。)(21)(424400OCVEE 22400002020PC44的能量的能量(nngling)-应力拟合曲应力拟合曲线线第54页/共62页第五十五页，共63页。3/)2(1211CCBGPaGPaVBC42.124)106.1(220244GPaGPaVBCC45.37)106.1(2021211C11C12C44BMn2NiGa90.55128.00124.42115.510,02,4412111211CCCCC第55页/共62页第五十六页，共63页。第56页/共62页第五十七页，共63页。立方(lfng)结构声子谱第57页/共62页第五十八页，共63页。第58页/共62页第五十九页，共63页。第59页/共62页第六十页，共63页。从计算结果来看，无论是Fe、Co、Ni哪种元素的掺杂，都使得合金的总磁矩增加(zngji)，而且合金的总磁矩均随着掺杂量的提高而增加(zngji)。第60页/共62页第六十一页，共63页。C11C12C44BMn1.75Fe0.25NiGa99.8891.8194.3394.50Mn1.75Co0.25NiGa108.98107.8399.381