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coolmater

金虫 (正式写手)

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[交流] 【求助】为“第一原理方法”澄清概念，理清脉络已有5人参与

“第一原理方法”分支繁多，内容繁杂，对初学者造成比较大的困惑。

如果要对“第一原理计算方法”有一个系统完善的认识、应当涵盖那几部分主要内容呢？

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1楼2010-03-06 16:12:06

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wxyuer

木虫 (正式写手)

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★ ★ ★
wuli8(金币+3):感谢交流。 2010-03-21 17:28
coolmater(金币+8):谢谢交流。不知你看没看过下面这个链接的帖子二楼的图，http://emuch.net/bbs/viewthread.php?tid=1829813，期待您的高见 2010-03-24 08:05

第一原理方法引入密度泛函理论主要目的，（1）使大体系计算成为可能；（2）去掉了早期的绝热近似、单电子近似等；（3）实现真正的从头计算，转复杂的能量计算为电子密度计算；但是如何实现把能量计算转为平均电子密度计算，产生了各种方法，尤其在多体系统中交换关联能电子密度表示是非常复杂的，因此也就出现了第一原理方法一些近似方法，例如局域密度近似（LDA），广义梯度近似（GGA）等，但是在这些近似中不同的泛函表示方法，例如针对于GGA的 PW91、PBE等，这些往往在许多商业软件中可以看到的相关设置。
一般而言，在数值计算中，第一原理的电子密度函数是与原子势场紧密相关的，如果势场非常复杂，那么在数值计算中基于电子密度函数展开的基函数将非常，计算量将变得十分巨大。基于此，为了计算大体系与缩短计算时间，一些平面波赝势方法及相关方法被发展了，这个是考虑在复杂的核电子波函数采用平滑函数来取代并保证不影响价电子的物理特性，例如最初的模守恒赝势（NCPP），发展到超软赝势(USPP)，到近来的投影缀加波（PAW）方法等。
至于自洽场计算，实际上如何在电子密度函数表示中的体系达到稳定，也就是我们所要求解的体系，在使用一个初始密度函数的基础上，一个最简单的理解就是反复迭代，直到初始密度函数与输出波函数的差值小于规定误差，并且体系中的作用力最小。这主要是一个数值计算方法问题，如何使得迭代计算效率最高，一些方法也被发展了。但是不同体系，所采用的方法是不同的，因此在第一原理计算中，必须测试某些参数。
以上仅仅简单一些框架性的东西，真正要深入理解第一原理方法，还是需要认真看看楼上推荐的一些经典书籍。另外第一原理计算一直在发展中，楼上推荐书中介绍的很多方法已经过时，一些新的方法也不断发展。例如最新VASP 5.2 软件中采用一些方法上面书都没有介绍的，都是近期发展的方法，因此要跟踪第一原理先进方法，要时时关注最新的文献。