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第一性原理光電催化，電化學(xué)
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【材料計(jì)算】第一性原理、密度泛函理論、從頭算之間的關(guān)系 首先，第一原理是firstprinciple，不是從頭算（ab initio），不是DFT。 分子模擬有兩個(gè)層面的東西要討論，就是當(dāng)使用了BO近似后，怎么分別處理電子和離子實(shí)。 處理電子：當(dāng)用量子力學(xué)處理電子的時(shí)候就是第一原理方法，密度泛函是一種、半經(jīng)驗(yàn)也是、HF也是，等等。當(dāng)我們不想管電子的細(xì)節(jié)的時(shí)候，就直接用勢函數(shù)描述電子的效果，就是分子力學(xué)的方法。 而第一原理中的HF系列是不用任何實(shí)驗(yàn)擬和結(jié)果的的，所以是從頭算；而半經(jīng)驗(yàn)顯然不是從頭算。至于DFT，由于XC部分也是用實(shí)驗(yàn)擬和的，因此我以為不算從頭算。 談到如何處理離子實(shí)的問題時(shí)，可以不動(dòng)，這就是單點(diǎn)計(jì)算；可以優(yōu)化幾何結(jié)構(gòu)；可以研究離子實(shí)的動(dòng)力學(xué)過程（分子動(dòng)力學(xué)），可以進(jìn)行隨機(jī)－統(tǒng)計(jì)（montecarlo方法）等等。 第一性原理面更寬些吧，廣義的第一性原理應(yīng)該也包含，分子動(dòng)力學(xué)，分子力學(xué)，蒙特卡羅，密度泛函等方法，而且第一性原理也不單單出現(xiàn)在物理學(xué)科，物理上把承認(rèn)所有主流學(xué)科（如牛頓力學(xué)，量子力學(xué)）的基礎(chǔ)上所做的工作都叫第一性原理。 所以第一性原理包含DFT，DFT是第一原理的一個(gè)小分支。 第一原理(ab init) 包括(共2類)： 1.基于波函數(shù)的計(jì)算，?該類程序大都是計(jì)算化學(xué)(Quantum Chemistry(QC))用到的，基本理論是CCSD(T)(基團(tuán)展開),程序有g(shù)amess-us, psi-k, gauss, turbomole, ... 2.基于DFT(密度泛涵的)，程序有abinit, siesta, pwscf(QE, QuantumESPRESSO), vasp, ... 上面兩類在文獻(xiàn)中都稱自己為第一原理，所以第一原理和密度泛涵是不等價(jià)的，密度泛涵只是其中一種:-) 密度泛函理論是與HF自洽場理論并列的一個(gè)概念。有人說，第一原理計(jì)算就是指基于密度泛函理論的計(jì)算，而從頭計(jì)算是基于HF理論的，也有人說，第一原理計(jì)算就是從頭計(jì)算。密度泛函的核心是KS方程。 單分子問題的密度泛函理論一般直接稱為密度泛函，凝聚態(tài)物理、材料科學(xué)等領(lǐng)域把基于密度泛函理論的方法稱為第一性原理。第一性原理是基于KS方程的（其理論形式嚴(yán)格，但具體泛函不可能沒有參數(shù)），從頭計(jì)算一般指非相對論框架的薛定諤方程（不使用其他任何經(jīng)驗(yàn)參數(shù)）形式的單原子分子理論  密度泛函即DFT理論??指的是?化學(xué)性質(zhì)是由電子云密度決定的??不需要解出每個(gè)原子的軌道? ?而??從頭算法?就是?第一性原理，?是指從最開始的原子軌道（有電腦隨即給出）進(jìn)行迭代計(jì)算，規(guī)定一個(gè)精度（也就是能量的最小誤差范圍），直至算到小于規(guī)定的誤差就是計(jì)算的終態(tài)。 密度泛函是第一原理的一種。簡單說來，所謂第一就是指預(yù)測物性不用試驗(yàn)參數(shù)，僅通過電荷，電子質(zhì)量和普朗克常數(shù)解密度泛函理論的Kohn-Sham方程得出。 基于量子力學(xué)原理的計(jì)算方法都可以稱為第一原理，例如HF方法，第一原理分子動(dòng)力學(xué)等。推薦一個(gè)學(xué)習(xí)課程鏈接：http://icesci.cn/hdp/2019/0423/0205201.html 發(fā)自小木蟲Android客戶端 |
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