计算材料学中的四巨头之间的关系

第一性原理、密度泛函理论、从头算和分子动力学之间的关系
首先、第一性原理是First Principle,、不是从头算(ab initio)，也不是DET，更不是分子动力学。
分子模拟有两个层面的东西要讨论，就是当使用了BO近似后，如何分别处理电子和离子实。
处理电子:当用量子力学处理电子的时候就是第一原理方法，密度泛函是一种、半经验也是、HF也是，等等。
当我们不在意电子的细节的时候，就直接用势函数描述电子的效果，就是分子力学的方法。
而第一原理中的HF系列是不用任何实验拟和结果的，所以是从头算;而半经验显然不是从头算。至于DET，由于XC部分也是用实验拟和的，因此我以为不算从头算。
谈到如何处理离子实的问题时，可以不动，这就是单点计算;可以优化几何结构;可以研究离子实的动力学过程(分子动力学)，可以进行随机―统计(montecarlo方法)等等。
第一性原理面更宽些吧，广义的第一性原理应该也包含，分子动力学，分子力学，蒙特卡罗，密度泛函等方法，而且第一性原理也不单单出现在物理学科，物理上把承认所有主流学科(如牛顿力学，量子力学）的基础上所做的工作都叫第一性原理。所以第一性原理包含DET，DET是第一原理的一个小分支。
第一性原理ab initio)包括(共2类):
1。基于波函数的计算，该类程序大都是计算化学(Quantum Chemistry(QC)用到的，基本理论是CCSD(T)(基团展开)程序有gamess-us, psi-k, gauss, turbomole,。。。
2基于DET (密度泛涵的)，程序有ab initio, siesta, pwscf(QE,QuantumESPRESSO), vasp, 。。。
上面两类在文献中都称自己为第一原理，所以第一原理和密度泛涵是不等价的，密度泛涵只是其中一种―)
密度泛函理论是与HF自洽场理论并列的一个概念。有人说，第一原理计算就是指基于密度泛函理论的计算。而从头计算是基于HF理论的,也有人说，第一原理计算就是从头计算。密度泛函的核心是KS方程。
单分子问题的密度泛函理论一般直接称为密度泛函，凝聚态物理、材料科学等领域把基于密度泛函理论的方法称为第一性原理。第一性原理是基于KS方程的（其理论形式严格，但具体泛函不可能没有参数)，从头计算一般指非相对论框架的薛定谔方程（不使用其他任何经验参数)形式的单原子分子理论）
密度泛函即DET理论指的是化学性质是由电子云密度决定的︰不需要解出每个原子的轨道而从头算法就是第一性原理，是指从最开始的原子轨道（有电脑随即给出）进行迭代计算，规定一个精度（也就是能量的最小误差范围），直至算到小于规定的误差就是计算的终态。
密度泛函是第一性原理的一种。简单说来，所谓第一就是指预测物体性质不用试验参数，仅通过电荷，电子质量和普朗克常数解密度泛函理论的Kohn-Sham方程得出。
基于量子力学原理的计算方法都可以称为第一原理，例如HF方法，第一原理分子动力学等。
DET诞生前，第一性原理=从头
DET诞生后，第一性原理=从头+DET
第一性原理是量子化的相关计算，而分子力学、分子动力学则是基于牛顿力学的宏观理论。所以，第一性原理和分子力学和分子动力学完全是两码事!

DET方法是否是从头算方法?
从头算(ab initio)的理论基础是Hartree-Fock(HF)方法，即以非相对论近似和Born-Oppenheimer近似为前提的方法。在HF计算中，电子波函数和它的能量通过自洽场(SCF)方法得到，体系的电子总能量是通过调节一组基函数（单粒子基)的系数的方法使之达到最小化，这组基函数的线性组合构成了该体系的电子波函数的分子轨道。
对于DET，尽管有人称它为半从头算方法，但实际上仍应看成是一种正规的从头算方法，但是它具有类似于半经验计算方法的经济性。即可以节省时间。DET方法从理论上对电子相关性做了考虑，特别适用于含有过渡金属的元素的分子体系。DET方法中确实包含有一种经验的成分，有时某些函数只对某类分子体系特别有效，对另外的分子体系可能无能无力，因此要寻找能够具有更大的普适性的新函数F[p]是一个重要的课题。说来说去，HK定理虽然证明了电子密度是能量的。

唯一泛函，但是现在所有的DET方法仍然是使用HF或在HF框架内，所以DET还是ab initio。从化学家的角度讲, ab initio是指HF方法。HF和DET都是从第一原理出发的。即在B-O近似。单电子近似及相对论近似的前提下。求解的过程是通过自洽场方法分别对HF和KS方程进行求解。但两种方法的基本思想出发点是不同的。HF是通过求解体系的波函数获得体系的其它性质。而DET是通过电荷密度获得体系的其它性质,而不借助波函数。另外HF方程和KS方程的意义是有很大区别的。
虽然DET是通过电荷密度获得体系的其它性质，而不借助波函数。另外HF方程和KS方程的意义是有很大区别的。但是DET思想的实现仍然不能摆脱单电子近似的框架但是DET思想的实现仍然不能摆脱单电子近似的框架。这句话是对DET的误解，在DET中根本不存在什么单电子近似体系动能的做对应处理。这个和HF中的单电子近似有本质区别。
HF中为了减小单电子近似引起的误差，可以通过引入多行列式波函数方法，但在DET中从原理上根本是不能这样做，只能通过找到更精确的泛函来解决。关于DET确实还有些争论，比如算不算ab initio的啊，在谈到它的时候就需要更小心一点两种说法都有。
一般在分子的计算中，如果同时做了几种DET和几种Post HF(特别是较高级别的，例如MP4, CCSDT)计算，一般都说ab initio and DET，这个时候倾向于强调两者的精度不同和方法不同。如果是以各种Post-HF为主，加上少量的DET计算，也可以笼统地说ab initio。
在周期结构的能带计算中，因为目前一般都用DET，所以说ab initio也行，说DET也行，大家都知道这是DET。
由于现在Kohn-Sham方程的密度泛函理论形式上没有脱离单行列式和单电子近似理论框架，从这种意义上讲，密度泛函理论不能直接处理电子多重态结构问题。因而，除一些简单情况(如单-三重态分裂)外，不能普遍用于电子多重态结构的研究，这是密度泛函理论的重要缺陷之一，不解决这个问题，密度泛函理论方法的应用范围受到很大限制。因此，在密度泛函理论框架下处理电子多重态结构的问题是发展密度泛函理论方法的重要方面，很受量子化学家的重视。人们在用密度泛函理论处理多重态分裂问题中针对不同的问题有不同的方法,但各自都有优缺点没有统一的方法,发表的文章一般只介绍其所用方法的优点而避开缺点。但DET的计算量小确实是它的优势,特别是对于大分子体系及磁性材料。半导体材料等性质的研究。所以人们对用DET计算比较感兴趣。

总结就是：第一性原理可以当成一本书，而书的内容是密度泛函理论、从头算和分子动力学。基于量子理论处理电子的时候结束第一性原理思想与之对应的方法；基于势函数处理或干脆无视电子的时候就是分子动力学。

计算材料学中的四巨头之间的关系相关推荐

计算材料学有哪些SCI期刊推荐？ - 易智编译EaseEditing
以下是一些计算材料学领域的SCI期刊推荐: Computational Materials Science: 该期刊发表计算材料科学的理论.计算和实验研究,包括材料结构.热力学.物理和化学性质以及材料 ...
计算材料学转计算机,转贴对计算材料学的认识
计算方法计算材料学涉及材料的各个方面,如不同层次的结构.各种性能等等,因此,有很多相应的计算方法.在进行材料计算时,首先要根据所要计算的对象.条件.要求等因素选择适当的方法.要想做好选择,必须了解材 ...
计算机材料学的各种方法,计算机在材料学中的应用.docx
计算机在材料学中的应用.docx 1.什么是材料设计?材料设计的包括哪几个层次? 答:材料设计的思想源自于上世纪 50 年代,是指通过理论分析与计算预报新材料的组分.结构及性能,进而通过理论设计来& ...
嘉应大学黄林鑫计算机学院,终版-【林鑫组】计算机在材料学中的应用综合作业.docx...
材料科学与工程学院2015年6月计算机在材料学中的应用综合作业班级:金属材料工程1201班组长:林鑫(201265052)联系方式:林组员:李开妍(201265108)范晓晴(2012 ...
R语言epiDisplay包的alpha函数计算dataframe数据中指定数据列之间的信度分析、克朗巴哈系数、标准化系数、每当剔除某一条目后系数的变化、设置reverse参数不对任何数据对象进行反序
R语言使用epiDisplay包的alpha函数计算dataframe数据中指定数据列之间的信度分析.克朗巴哈系数(Cronbach's α).标准化
R语言使用epiDisplay包的alpha函数计算dataframe数据中指定数据列之间的信度分析、使用alpha函数和基于业务筛选的数据列的列表计算Cronbach‘s α
R语言使用epiDisplay包的alpha函数计算dataframe数据中指定数据列之间的信度分析.使用alpha函数和基于业务筛选的数据列的列表计算Cronbach's α 目录
R语言epiDisplay包alpha函数计算dataframe数据中指定数据列之间的信度分析、克朗巴哈系数、标准化系数、每剔除某一条目后系数的变化、var.labels.trunc参数指定字符串长度
R语言使用epiDisplay包的alpha函数计算dataframe数据中指定数据列之间的信度分析.克朗巴哈系数(Cronbach's α).标准化系数.每当剔除某一条目后系数的变化.使用var.l ...
R语言使用epiDisplay包的alpha函数计算dataframe数据中指定数据列之间的信度分析、克朗巴哈系数、、每剔除某一条目后系数的变化、alphaBest函数获取最高alpha值对应的项目集
R语言使用epiDisplay包的alpha函数计算dataframe数据中指定数据列之间的信度分析.克朗巴哈系数(Cronbach's α).标准化系数.每当剔除某一条目后系数的变化.使用alpha ...
Python中怎样改变集合之间的关系?
Python中怎样改变集合之间的关系?数学中,两个集合关系的常见操作包括:交集.并集.差集.补集.设A,B是两个集合,集合关系的操作介绍如下: 交集是指属于集合A且属于集合B的元素所组成的集合, 并集 ...

计算材料学中的四巨头之间的关系

计算材料学中的四巨头之间的关系相关推荐

最新文章

热门文章