密度泛函理论与应用  021M2003H

学期:2017—2018学年(秋)第一学期 | 课程属性:一级学科普及课 | 任课教师:郑庆荣
授课时间: 星期三, 第3、4节
授课地点: 教1-214
授课周次: 2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12
授课时间: 星期一, 第3、4节
授课地点: 教1-214
授课周次: 2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12
课程编号: 021M2003H 课时: 40 学分: 2.0
课程属性: 一级学科普及课 主讲教师:郑庆荣
英文名称: Density Functional Theory and Applications

教学目的、要求

本课程为凝聚态物理及其相关专业研究生的专业普及课。重点讲述密度泛函理论及应用。为将要从事物理,化学和生物方面的研究生提供实用和基本的计算凝聚态物理知识。通过本课程的学习,使学生能掌握相关的基本理论和方法并能应用到实际的研究工作中去。带*号为选讲或自学内容。

预修课程

量子力学,固体物理

教 材

主要内容

第1章	导论(2学时。教学重点:计算、理论、实验物理的关系。教学难点:无。)
1.	确定材料特性的主要因素。
2.	计算、理论、实验之间的关系。
3.	各种计算方法涉及的时间与空间尺度。
4.	软件是黑箱吗?
第2章	密度泛函理论(10学时。教学重点:DFT的起源、近似、优缺点。 教学难点:理论的建立过程)
1.	原子单位,
2.	多粒子体系,绝热近似,
3.	哈特里近似,哈特里-福克近似,
4.	托马斯-费米理论,
5.	Hohenberg和Kohn的定理,
6.	Kohn-Sham方程,
7.	交换关联能与LDA近似, 
8.	Kohn-Sham方程的自洽求解,
9.	密度泛函理论的优缺点,
10.	密度泛函理论的各种推广简介。
第3章	 总能量赝势方法I: 平面波基底(8学时。教学重点:平面波为基底的数值求解方法的细节。 教学难点:理论近似与程序使用的关系。)
1.	原子赝势,
2.	动量空间的Kohn-Sham方程与总能量,
3.	EWALD求和,
4.	发散项的抵消问题,
5.	动能截断与收敛性,
6.	K空间抽样,
7.	超级原胞,
8.	力的计算,
9.	直接对角化,最陡下降法,CAR-PARRINELLO方法,
10.	VASP程序简介*,Quantum Espresso简介*,应用*。
第4章	 总能量赝势方法II: 局域轨道基底(6学时。教学重点:基底完备性,数值求解方法的细节。 教学难点:理论近似与程序使用的关系。)
1.	原子轨道,
2.	矩阵元的计算,
3.	总能量的计算,
4.	力的计算,  
5.	SIESTA程序简介*, 应用*。
第5章	全电子方法(6学时。教学重点:APW,LAPW。教学难点:精度与计算量的妥协)
1.	基本概念,
2.	缀加平面波(APW)方法,
3.	线性缀加平面波(LAPW)方法,
4.	KKR方法,
5.	LMTO方法,
6.	WIEN2k程序简介*,LMTART程序简介*。
第6章	紧束缚方法(4学时。教学重点:紧束缚方法,线性标度算法。教学难点:紧束缚方法与DFT理论的关系)
1.	紧束缚方法:  与DFT理论的关系,Slater-Koster方法,例。
2.	O(N)方法*:密度矩阵局域性*,费米算符展开方法*,分而治之方法*,无轨道方法*。
3.	化学中的半经验方法*:ZDO等*。应用*。
第7章	经验势方法(2学时。教学重点:经验势方法与DFT理论的关系。教学难点:各种方法的优缺点及适用条件。)
1.	经验势函数:与DFT理论的关系,分子动力学。
2.	分子动力学的应用*,分子力学*,MD与MM的比较*。
3.	分子团簇*: 水分子团簇*。 生物分子*。
第8章	并行计算(2学时。教学重点:并行的基本概念,MPI简介。教学难点:无)
1.	并行计算,并行算法*,MPI语言*。
2.	并行第一性原理方法*,并行分子动力学方法*,并行紧束缚方法*。

教学手段与方法:课堂讲授
考核方式:开卷笔试+课外作业

参考文献