电子结构计算的数值方法与理论.pptxVIP

  1. 1、本文档共33页,可阅读全部内容。
  2. 2、有哪些信誉好的足球投注网站(book118)网站文档一经付费(服务费),不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
  3. 3、本站所有内容均由合作方或网友上传,本站不对文档的完整性、权威性及其观点立场正确性做任何保证或承诺!文档内容仅供研究参考,付费前请自行鉴别。如您付费,意味着您自己接受本站规则且自行承担风险,本站不退款、不进行额外附加服务;查看《如何避免下载的几个坑》。如果您已付费下载过本站文档,您可以点击 这里二次下载
  4. 4、如文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“版权申诉”(推荐),也可以打举报电话:400-050-0827(电话支持时间:9:00-18:30)。
  5. 5、该文档为VIP文档,如果想要下载,成为VIP会员后,下载免费。
  6. 6、成为VIP后,下载本文档将扣除1次下载权益。下载后,不支持退款、换文档。如有疑问请联系我们
  7. 7、成为VIP后,您将拥有八大权益,权益包括:VIP文档下载权益、阅读免打扰、文档格式转换、高级专利检索、专属身份标志、高级客服、多端互通、版权登记。
  8. 8、VIP文档为合作方或网友上传,每下载1次, 网站将根据用户上传文档的质量评分、类型等,对文档贡献者给予高额补贴、流量扶持。如果你也想贡献VIP文档。上传文档
查看更多

电子结构计算的数值方法与理论汇报人:2024-01-25

CATALOGUE目录引言电子结构计算的基本原理电子结构计算的算法与技术电子结构计算在材料科学中的应用电子结构计算在化学领域的应用总结与展望

引言01

电子结构决定了物质的许多基本性质,如电学、磁学、光学性质等。通过电子结构计算,可以深入理解这些性质背后的微观机制。理解物质性质基于电子结构计算,可以预测新材料的性能,指导实验合成,缩短新材料研发周期。预测新材料性能电子结构计算可以为实验提供理论支持,解释实验现象,辅助实验数据的分析和解读。辅助实验分析电子结构计算的重要性

早期方法早期的电子结构计算方法主要基于经典物理理论,如分子力学方法和经典电子理论。这些方法计算简单,但精度有限。高性能计算技术近年来,随着高性能计算技术的发展,电子结构计算方法的效率和精度得到了进一步提升。例如,并行计算、GPU加速等技术大大加速了计算过程。新方法探索为了进一步提高计算效率和精度,研究者们不断探索新的电子结构计算方法,如机器学习辅助的电子结构计算、量子计算等。这些方法为电子结构计算领域带来了新的发展机遇。量子力学方法随着量子力学的发展,基于波函数的方法逐渐应用于电子结构计算,如哈特里-福克方法和密度泛函理论。这些方法提高了计算精度,但计算量较大。数值方法与理论的发展

电子结构计算的基本原理02

描述微观粒子状态的数学函数,其模平方表示粒子在某处出现的概率。波函数与概率幅薛定谔方程算符与可观测量描述波函数随时间演化的偏微分方程,是量子力学的基本方程。量子力学中的物理量用算符表示,可观测量是与波函数相关的实数。030201量子力学基础

03哈特里-福克方法通过自洽场迭代求解多电子体系的薛定谔方程,考虑了电子间的交换相互作用。01薛定谔方程的求解对于简单体系,可以通过解析方法求解薛定谔方程;对于复杂体系,需要采用数值方法。02变分法与微扰理论变分法通过寻找体系能量的最小值来求解薛定谔方程;微扰理论则通过将哈密顿量分解为可解部分和微扰部分来求解。薛定谔方程与近似方法

Hohenberg-Kohn定理证明了体系基态能量和电子密度之间的唯一对应关系,为密度泛函理论提供了理论基础。Kohn-Sham方程通过引入无相互作用的参考系统,将多体问题转化为单体问题,从而简化计算。交换关联泛函描述电子间交换和关联相互作用的泛函,是密度泛函理论中的关键部分。常用的交换关联泛函包括局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)等。010203密度泛函理论

有限差分法差分格式通过离散化连续的物理空间,将偏微分方程转化为差分方程,常用的差分格式包括前向、后向和中心差分。边界处理在离散化过程中,需要特殊处理边界条件,常见的边界处理方法包括周期边界、固定边界和反射边界等。稳定性与收敛性有限差分法的稳定性和收敛性取决于差分格式、时间步长和空间步长的选择,需要满足一定的条件才能保证计算的准确性和稳定性。

网格划分将连续的物理空间划分为有限个小的单元,每个单元内的物理量可以用插值函数近似表示。基函数选择在每个单元内选择合适的基函数,用于表示该单元内的物理量,常见的基函数包括多项式、三角函数等。总体合成将所有单元上的基函数按照一定规则进行合成,得到整个计算区域的总体基函数,进而求解有限元方程。有限元法

谱展开01将物理量展开为一系列正交函数的线性组合,这些正交函数称为谱函数,常见的谱函数包括Chebyshev多项式、Legendre多项式等。谱系数求解02通过求解谱函数的系数,可以得到物理量的近似解,谱系数的求解通常采用配点法或Galerkin法。精度与效率03谱方法具有高精度和高效率的特点,尤其适用于处理光滑解的问题,但对于存在奇异性的问题,需要采用适当的处理技巧以保证计算的准确性和稳定性。谱方法

电子结构计算的算法与技术03

基组与基函数的选择斯莱特型基组(SlaterTypeO…基于氢原子波函数的解析形式,适用于描述电子云的分布。高斯型基组(GaussianType…通过高斯函数描述电子云的形状,便于进行数值计算。平面波基组(PlaneWaveBas…适用于周期性体系,通过平面波展开电子波函数。混合基组(MixedBasisSet)结合不同类型基组的优点,提高计算精度和效率。

123根据所选基组和体系哈密顿算符,构建哈密顿矩阵。哈密顿矩阵的构建通过数值方法(如雅可比方法、QR算法等)对哈密顿矩阵进行对角化,得到体系的能级和波函数。对角化方法利用哈密顿矩阵的稀疏性,减少计算量和存储需求。稀疏矩阵技术哈密顿矩阵的构建与对角化

自洽场迭代通过不断迭代求解薛定谔方程,直到达到自洽(即波函数不再显著变化)。收敛判据设定合适的收敛标准,如能量差、波函数变化量等,以判断自洽场迭代是否收敛。加速收敛方法采用如DIIS

文档评论(0)

kuailelaifenxian + 关注
官方认证
文档贡献者

该用户很懒,什么也没介绍

认证主体太仓市沙溪镇牛文库商务信息咨询服务部
IP属地上海
统一社会信用代码/组织机构代码
92320585MA1WRHUU8N

1亿VIP精品文档

相关文档