计算化学基本原理ppt课件.pptx

上传人:小飞机 文档编号:1466258 上传时间:2022-11-28 格式:PPTX 页数:45 大小:4.98MB
返回 下载 相关 举报
计算化学基本原理ppt课件.pptx_第1页
第1页 / 共45页
计算化学基本原理ppt课件.pptx_第2页
第2页 / 共45页
计算化学基本原理ppt课件.pptx_第3页
第3页 / 共45页
计算化学基本原理ppt课件.pptx_第4页
第4页 / 共45页
计算化学基本原理ppt课件.pptx_第5页
第5页 / 共45页
点击查看更多>>
资源描述

《计算化学基本原理ppt课件.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《计算化学基本原理ppt课件.pptx(45页珍藏版)》请在三一办公上搜索。

1、计算化学基本原理,haidiUSTC,“Computational chemistry simulates chemical structures and reactions numerically, based in full or in part on the fundamental laws of physics.”In Exploring Chemistry with Electronic Structure Methods, 1996,一、 计算化学的发展,理论发展:,1998年10月13日下午3时正,瑞典皇家科学院正式公布了1998年度诺贝尔化学奖获得者名单,美国的奥地利裔科学家瓦

2、尔特科恩(Walter Kohn)教授和英国的约翰波普(John Pople)教授分享了总额为97万美元的奖金。,Gaussian,计算机硬件发展:,不同计算方法的时间标度 : CI N6 HF N4 DFT N3 MD N2,相关硬件:CPU (部分GPU)内存容量 (高达256GB)磁盘转速 (7200 rpm , 15000 rpm)IB网络卡 (节点数据交换),二、 计算化学方法,Hatree-Fock & 后 Hartree-Fock 方法 基于复杂的电子波函数,波函数有 3N 个变量(N 为电子数,每个电子包含三个空间分量) Gaussian , Nwchem, Psi4, Gam

3、ess DFT 方法: 基于电子密度, 电荷密度仅是3个变量的函数 VASP, Siesta, CASTEP, Abinit, Crystal, Quantum EspressoMD 方法 基于经验和试验参数等 Gromacs, CPMD , Lammps,底层,高层,CalypsoUSPEX,只需要指定成分,化学计量比,三、 密度泛函理论的应用以及意义,1.材料力学性质模拟,E : 实验观察值,https:/en.wikipedia.org/wiki/Carbon_nanotube,2.材料超导性质计算,http:/arxiv.org/abs/1412.0460v1 Conventional

4、 superconductivity at 190 K at high pressures,3. 光解水材料,Ref: Origin of High Photocatalytic Properties in the Mixed-Phase TiO2:A First-Principles Theoretical Study,金红石(rutile) 和锐钛矿 (anatase),4. 低维纳米材料(0D, 1D, 2D ),J. Am. Chem. Soc.,2013,135(40), pp 1519115200,Graphene,ACS Nano,2014,8(4), pp 40334041,P

5、hosphorene,Nano Lett.,2014,14(8), pp 49014906,5. 缺陷和原子吸附,Ref: Density Functional Theory Study of Metal Adatoms at or Near a Stone-wales Defect in Graphene,四、 密度泛函基本理论,F = m a,1. Kohn-Sham 方程,微观原子尺度: 电子-原子核 (简单库伦排斥),量子力学 ,可解系统: - 两粒子体系(分析结果) - 粒子数目较少的体系(数值结果) - 谐振子(分析结果) 实际体系: 电子和核数目 mol 级别,1023,Au 原

6、子质量: 196.966569 2001kg Au原子数目 ,黑盒处理,Use a set of “accepted” approximations to solve the corresponding equations on a computer,NO EMPIRICAL INPUT,Chemical compositionNumber of atomsTypePosition,PropertiesEquilibrium structureBand structureVibrational spectrumMagnetic propertiesTransport properties,ID

7、EAL AB-INITIO CALCULATION,Born-Oppenheimer 近似,Nuclei are much slower than electrons,Electron/nuclei decoupling,Classical =,密度泛函理论,2. 非相互作用电子处于有效势场中,粒子密度,1.,定理1:所有可观测量都是密度的唯一泛函定理2:总能量对密度变分的极小就是总能量对波函数的变分极小,是体系的基态,关于DFT的两个定理 (Hohenbergand Kohn theorems ),自洽迭代,交换关联泛函,LDA,GGA,GGA,杂化泛函,Expand in terms of

8、 a finite set of known wave-functions,HCn=nSCn,基组,Treatment of the boundary conditions,3D periodic objects (crystals)periodic boundary conditions(might be considered as the repetition of a building block, the unit cell),Isolated objects (atoms, molecules, clusters)open boundary conditions(defined at

9、 infinity),Mixed boundary conditions 1D periodic (chains)2D periodic (slabs and interfaces),PBC,PBC,In a periodic solid: Number of atoms Number and electrons Number of wave functions ?,Bloch theorem will rescue us!,2. Wave function will be extended over the entire solid (),Reciprocal lattice,Real sp

10、ace Reciprocal space,A*B,VASP正格矢和倒格矢,A periodic potential commensurate with the lattice. The Bloch theorem,Bloch Theorem: The eigenstates of the one-electron Hamiltonian in a periodic potential can be chosen to have the form of a plane wave times a function with the periodicity of the Bravais lattice.,Brillouin Zone,It is possible to represent electronic wave functions over a region of k-space by the wave function at a single k-point.,Compute sets of spetial k-points,Monkhorst-Pack (1976),Kohn-Sham Equation,H,Thank your for you attention !,

展开阅读全文
相关资源
猜你喜欢
相关搜索

当前位置:首页 > 生活休闲 > 在线阅读


备案号:宁ICP备20000045号-2

经营许可证:宁B2-20210002

宁公网安备 64010402000987号