《第一性原理.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 第一性原理计算方法 The first principle or ab initio method 烟台大学光电信息学院 Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. * 1 引言 烟台大学光电信息学院 在物理学、化学领域．甚至在更广泛的材料科学、生命科学等领域，会经常看到所谓第一性原理（ First Principle）或从头计算（ab initio）之类的词． 目前．第一性原理作为理想的研究方法，其基本思想是： 将多原子构成的体系理解为电子和原子核组成的多粒子系统，并根据量子力学的基本原理最大限度地对问题进行“非经验性”处理。 Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. * 1 引言 烟台大学光电信息学院 除了氢和氦较轻的元素外，原子核的量子性在许多场合并不是很重要的．即可以将原子核作为带电荷的质点进行经典的考虑：然而．关于围绕原子核运动的电子．其量子性却是极其重要的． 如果忽略电子的量子性而用经典力学的思想处理．则电子由于不断的辐射光子而导致“原子坍塌”。这样一来．世界上就不会有稳定的原子存在． 事实上并非如此．原子是由电子和原子核组成的稳定体系。对此．量子力学已给出完满的解释 Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. * 2 实际材料的量子理论 烟台大学光电信息学院 材料是由许多相互接近的原子排列而成，排列可以是周 期的．也可以是非周期的． 材料中离子和电子的数目均达到l024/cm3的数量级．这是一个复杂的多粒子系统． 虽然原则上可以通过量子力学对系统进行求解．但由于 过于复杂．必须采取合理的简化和近似才能用于实际材料的计算． Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. * 烟台大学光电信息学院 2 实际材料的量子理论 若假定材料中的原子核是静止的．则材料中的原子除了光吸收或光发射之外，电子处在一系列稳定的状态，并形成由量子力学规律所决定的几率密度分布——“电子云”。 如果发生等离子体震荡，电离和中和、电子跃迁、隧道效应．以及电流之类的电子运动状态．则由于原子核的作用，电子密度分布也随着变化。 由于电子比原子核轻得多．所以电子运动状态的变化远比原子核的运动变化快． Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. * 烟台大学光电信息学院 2 实际材料的量子理论 从而可以认为：考虑电子运动时原子核是处在它们的瞬时位置上．而考虑原子核的运动时则不必考虑电子在空间的密度分布变化。 概括地讲：第一性原理分子动力学方法就是在正确描述电子状态和作用于各原子间的力的基础上进行分子动力学模拟的方法。 Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. * 2 实际材料的量子理论 烟台大学光电信息学院 然而．严格地处理多电子体系的量子态．除个别较为简单的情况外，即使采用现代物理学和量子力学最先进的方法也是不可能的．对此必须采用某种近似理论． 基于第一性原理所给出的方法论．在通常意义上也许有一种神秘性。但是，我们不得不在现有的知识范围内进行研究工作。可用第一性原理分子动力学法研究处理的对象很多。 他们包括分子团簇，晶体表面，体材料，