計(jì)算材料科學(xué)理論與實(shí)踐

第 一部分 綜 述
第 1章 計(jì)算材料科學(xué)3
第 2章 材料計(jì)算方法4
2．1 材料分類4
2．2 計(jì)算方法4
2．3 計(jì)算軟件6
第3章 計(jì)算材料科學(xué)實(shí)踐8
3．1 HPC計(jì)算8
3．2 高通量計(jì)算9
參考文獻(xiàn)10
第二部分 計(jì)算理論
第4章 密度泛函理論基礎(chǔ)13
4．1 Hohenberg-Kohn定理13
4．2 Kohn-Sham方程15
4．3 交換 相關(guān)能泛函16
4．3．1 局域密度近似和LDA泛函17
4．3．2 梯度校正和GGA泛函19
4．3．3 meta-GGA泛函20
4．3．4 雜化泛函21
第5章 周期勢中電子計(jì)算方法24
5．1 Muffin-Tin近似與非Muffin-Tin校正24
5．2 基態(tài)總能量表達(dá)式27
5．3 正交平面波方法29
5．4 贗勢方法30
5．4．1 模守恒贗勢33
5．4．2 超軟贗勢34
5．5 線性綴加平面波方法35
5．5．1 APW與LAPW35
5．5．2 FP-LAPW的總能計(jì)算38
5．6 KKR方法、Muffin-Tin軌道和LMTO42
5．6．1 KKR方法42
5．6．2 MTO與LMTO45
5．7 投影子綴加波方法53
5．7．1 PAW方法的基本思想53
5．7．2 PAW表示下的能量表示與補(bǔ)償電荷54
5．7．3 PAW方法的Kohn-Sham方程與原子分波、投影函數(shù)56
5．7．4 PAW方法與USPP的內(nèi)在聯(lián)系60
5．7．5 PAW原子數(shù)據(jù)集66
第6章 簡約波矢 的物理意義和 空間積分68
6．1 簡約波矢 68
6．2 -空間積分69
6．2．1 簡單分布函數(shù)與逼近70
6．2．2 特殊點(diǎn)方法與Monkhorst-Pack布點(diǎn)方案72
6．2．3 線性插值與四面體方法77
6．2．4 改進(jìn)的四面體方法與誤差修正79
第7章 LDA+U和GW近似84
7．1 LDA+U方法84
7．2 電子激發(fā)與GW近似87
7．3 LDA+U和GWA校正的關(guān)系91
第8章 分子動(dòng)力學(xué)95
8．1 導(dǎo)論95
8．1．1 MD原子相互作用模型95
8．1．2 經(jīng)典力學(xué)96
8．1．3 分子動(dòng)力學(xué)96
8．2 勢函數(shù) 力場97
8．2．1 對勢98
8．2．2 嵌入原子勢100
8．2．3 Tersoff勢102
8．2．4 離子固體勢102
8．2．5 反應(yīng)力場勢103
8．3 經(jīng)典力學(xué)方程的求解算法103
8．3．1 N原子體系103
8．3．2 Verlet算法104
8．3．3 速度Verlet算法105
8．3．4 預(yù)測 校正算法106
8．4 初始化107
8．4．1 預(yù)置107
8．4．2 初始化110
8．5 積分 判斷動(dòng)力學(xué)平衡112
8．5．1 模擬過程中的溫度與壓力控制112
8．5．2 分子動(dòng)力學(xué)模擬過程中的最小化能量搜索113
8．6 數(shù)據(jù)生成114
8．6．1 分子動(dòng)力學(xué)軟件運(yùn)行分析114
8．6．2 結(jié)構(gòu)性質(zhì)116
8．6．3 能量、熱力學(xué)性質(zhì)及其他118
參考文獻(xiàn)119
第三部分 高性能計(jì)算環(huán)境搭建
第9章 高性能計(jì)算131
9．1 高性能的發(fā)展131
9．2 高性能的關(guān)鍵技術(shù)133
9．2．1 大規(guī)模并行134
9．2．2 計(jì)算單元135
9．2．3 計(jì)算網(wǎng)絡(luò)136
9．2．4 存儲(chǔ)系統(tǒng)138
9．2．5 并行計(jì)算環(huán)境141
第 10章 高性能計(jì)算集群搭建實(shí)踐144
10．1 材料計(jì)算典型集群架構(gòu)144
10．2 基礎(chǔ)環(huán)境安裝145
10．2．1 安裝前的準(zhǔn)備146
10．2．2 安裝步驟146
10．3 集群用戶管理搭建實(shí)踐174
10．3．1 服務(wù)器端安裝步驟174
10．3．2 客戶端安裝183
10．4 文件系統(tǒng)搭建實(shí)踐189
10．4．1 安裝前的準(zhǔn)備工作190
10．4．2 安裝GPFS軟件194
10．4．3 搭建GPFS cluster集群204
10．4．4 配置NSD和創(chuàng)建文件系統(tǒng)205
10．4．5 調(diào)試GPFS集群相關(guān)配置信息210
10．4．6 查看及檢查GPFS集群狀態(tài)213
10．4．7 配置GPFS客戶端為集群計(jì)算節(jié)點(diǎn)掛載文件系統(tǒng)215
10．5 編譯環(huán)境搭建實(shí)踐217
10．5．1 GCC編譯器安裝步驟218
10．5．2 intel并行編譯環(huán)境安裝221
參考文獻(xiàn)227
第四部分 計(jì)算實(shí)踐
第 11章 VASP的安裝與應(yīng)用示例231
11．1 VASP概覽231
11．2 VASP的安裝232
11．2．1 軟件編譯的一般過程232
11．2．2 VASP的編譯234
11．2．3 VASP的編譯選項(xiàng)235
11．3 原子 分子計(jì)算239
11．3．1 輸入文件239
11．3．2 VASP的運(yùn)行241
11．3．3 VASP的結(jié)果242
11．4 面心立方Pt晶胞計(jì)算246
11．4．1 輸入文件246
11．4．2 用shell腳本運(yùn)行VASP計(jì)算248
11．4．3 計(jì)算結(jié)果249
11．5 收斂測試250
11．5．1 能量收斂測試251
11．5．2 點(diǎn)收斂測試253
11．6 Pt超晶胞計(jì)算254
11．6．1 內(nèi)聚能255
11．6．2 Pt的空位生成能計(jì)算256
11．6．3 空位形成能256
11．6．4 CHGCAR257
11．7 Pt（111）表面的計(jì)算258
11．7．1 Pt（111）表面258
11．7．2 吸附能261
11．7．3 功函數(shù)的計(jì)算與偶極校正263
11．8 NEB方法與反應(yīng)過渡態(tài)搜索265
11．8．1 NEB的基本原理265
11．8．2 NEB方法的計(jì)算過程266
11．8．3 Pt（111）-O-NEB267
11．9 Pt（111）表面催化的計(jì)算270
11．9．1 催化劑270
11．9．2 態(tài)密度271
11．9．3 Pt(111)-slab-O-DoS計(jì)算271
11．10 Si的能帶結(jié)構(gòu)273
11．10．1 靜態(tài)計(jì)算273
11．10．2 能帶結(jié)構(gòu)計(jì)算274
11．11 Si的聲子計(jì)算276
11．11．1 構(gòu)建輸入文件277
11．11．2 聲子計(jì)算277
11．11．3 INPHON278
11．12 其他計(jì)算279
11．12．1 LDA+U計(jì)算279
11．12．2 光學(xué)介電函數(shù)的計(jì)算283
11．12．3 GW計(jì)算286
第 12章 XMD和LAMMPS的應(yīng)用示例289
12．1 銅的晶格常數(shù)的計(jì)算289
12．1．1 輸入文件289
12．1．2 結(jié)果290
12．2 銅的熱膨脹系數(shù)的計(jì)算290
12．2．1 輸入文件290
12．2．2 結(jié)果292
12．3 銅熔化過程的分子動(dòng)力學(xué)模擬292
12．3．1 輸入文件293
12．3．2 輸出結(jié)果294
12．3．3 結(jié)果295
12．4 鋁的勢函數(shù)曲線297
12．4．1 輸入文件297
12．4．2 運(yùn)行299
12．4．3 結(jié)果299
12．5 鎳團(tuán)簇的熔融301
12．5．1 運(yùn)行文件301
12．5．2 結(jié)果302
12．6 鎳納米粒子的燒結(jié)303
12．6．1 輸入文件303
12．6．2 結(jié)果305
12．7 氬氣速度分布的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)306
12．7．1 輸入文件307
12．7．2 結(jié)果309
12．8 Si（001）上的SiC沉積309
12．8．1 輸入文件310
12．8．2 結(jié)果312
12．9 Au納米線屈服機(jī)制313
12．9．1 輸入文件314
12．9．2 結(jié)果315
12．9．3 結(jié)論315
12．10 石墨烯納米帶包裹的納米液滴315
12．10．1 輸入文件316
12．10．2 結(jié)果318
12．10．3 結(jié)論319
12．11 碳納米管張力319
12．11．1 簡介319
12．11．2 輸入文件319
12．11．3 readdata．CNT321
12．11．4 CH．old．a(chǎn)irebo322
12．11．5 結(jié)果322
12．12 硅拉伸323
12．12．1 介紹323
12．12．2 輸入文件324
12．12．3 結(jié)果326
12．13 拉伸下的Si-CNT復(fù)合材料327
12．13．1 介紹327
12．13．2 勢函數(shù)329
12．13．3 輸入文件329
12．13．4 運(yùn)行332
12．13．5 結(jié)果332
12．13．6 結(jié)論333
12．14 ZrO2-Y2O3-MSD333
12．14．1 介紹334
12．14．2 輸入文件334
12．14．3 運(yùn)行336
12．14．4 結(jié)果336
參考文獻(xiàn)338