第一性原理能夠在電子和原子層次上揭示材料結(jié)構(gòu)與性能的本質(zhì)，已成為材料計(jì)算與設(shè)計(jì)的重要方法手段。本書介紹了第一性原理的基礎(chǔ)理論，及其在Heusler合金研究中的應(yīng)用。本書共11章，第1章為緒論，第2章介紹Heusler合金的研究歷史與現(xiàn)狀，第3章介紹第一性原理計(jì)算基礎(chǔ)，介紹第4章第一性原理計(jì)算常用軟件，第5章介紹Heusler合金基于遺傳算法的晶體結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)，第6章為Heusler合金晶格常數(shù)的優(yōu)化，第7章介紹Heusler合金磁矩的計(jì)算，第8章為Heusler合金態(tài)密度的計(jì)算，第9章介紹Heusler合金彈性常數(shù)的計(jì)算，第10章介紹Heusler合金聲子譜線的計(jì)算，第11章介紹Heusler合金相變的計(jì)算。本書基于作者多年“Heusler合金研究”和“第一性原理計(jì)算”工作積累撰寫而成。本書可供從事材料計(jì)算與設(shè)計(jì)的教師、科研人員、研究生、本科生提供有價(jià)值的指導(dǎo)和參考。
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目錄
前言
第1章 Heusler合金簡(jiǎn)介1
1.1Heusler合金的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展1
1.2Heusler合金晶體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)3
1.2.1Heusler合金晶體結(jié)構(gòu)的一般特征3
1.2.2Heusler合金的種類和常見晶體結(jié)構(gòu)3
1.2.3Heusler合金的相變4
1.3Heusler合金Ni2MnGa的研究進(jìn)展5
1.4Heusler合金Ni2MnGa的晶體結(jié)構(gòu)10
1.4.1Ni2MnGa(L21)晶體結(jié)構(gòu)10
1.4.2Ni2MnGa(四方)結(jié)構(gòu)16
參考文獻(xiàn)19
第2章 第一性原理計(jì)算基礎(chǔ)27
2.1第一性原理計(jì)算概述27
2.2密度泛函理論簡(jiǎn)介29
2.3第一性原理計(jì)算常用軟件32
2.4第一性原理計(jì)算可靠性的保證34
2.4.1收斂性測(cè)試34
2.4.2布里淵區(qū)k點(diǎn)的選擇36
2.4.3交換關(guān)聯(lián)泛函38
2.4.4化學(xué)勢(shì)的計(jì)算：元素單摻41
2.4.5化學(xué)勢(shì)的計(jì)算：元素共摻45
2.5第一性原理計(jì)算的一般步驟46
2.6高性能計(jì)算和操作系統(tǒng)49
參考文獻(xiàn)51
第3章 Heusler合金的晶體結(jié)構(gòu)建模54
3.1Heusler合金Ni2MnGa(L21)結(jié)構(gòu)建模54
3.1.1晶體結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)54
3.1.2晶胞的建模55
3.2Heusler合金Ni2MnGa(四方)結(jié)構(gòu)建模58
3.2.1晶體結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)58
3.2.2晶胞的建模60
參考文獻(xiàn)61
第4章 Heusler合金平衡晶格常數(shù)的優(yōu)化62
4.1Heusler合金Ni2MnGa(L21)立方晶格常數(shù)優(yōu)化(CASTEP)62
4.2Heusler合金Ni2MnGa(L21)立方晶格常數(shù)優(yōu)化（VASP，手動(dòng)變晶格常數(shù)）65
4.3Heusler合金Ni2MnGa(L21)立方晶格常數(shù)優(yōu)化（VASP，自動(dòng)變晶格常數(shù)）69
4.4Heusler合金Ni2MnGa(L21)立方晶格常數(shù)優(yōu)化(ELK)71
4.4.1ELK軟件簡(jiǎn)介72
4.4.2計(jì)算過程72
參考文獻(xiàn)75
第5章 Heusler合金的四方變形計(jì)算76
5.1Heusler合金Ni2MnGa四方變形方法及其實(shí)現(xiàn)76
5.2Heusler合金Ni2MnGa四方變形過程中的能量與磁矩變化（CASTEP）77
5.3Heusler合金Ni2MnGa四方變形過程中的能量與磁矩變化（VASP）82
5.4Heusler合金Ni2MnGa四方變形過程中的能量與磁矩變化（ELK）87
參考文獻(xiàn)93
第6章 Heusler合金的結(jié)構(gòu)優(yōu)化94
6.1晶體結(jié)構(gòu)優(yōu)化的理論基礎(chǔ)94
6.1.1晶體結(jié)構(gòu)與晶體結(jié)構(gòu)優(yōu)化94
6.1.2實(shí)例：體心立方Fe的晶格常數(shù)優(yōu)化與結(jié)構(gòu)優(yōu)化95
6.1.3優(yōu)化方法簡(jiǎn)介97
6.2Heusler合金Ni2MnGa(L21)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化(CASTEP)101
6.3Heusler合金Ni2MnGa(四方)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化(CASTEP)103
6.4Heusler合金Ni2MnGa(L21)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化（VASP）107
6.5Heusler合金Ni2MnGa(四方)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化（VASP）109
參考文獻(xiàn)110
第7章 Heusler合金電子結(jié)構(gòu)的計(jì)算111
7.1電子結(jié)構(gòu)計(jì)算的理論基礎(chǔ)111
7.1.1能帶與態(tài)密度111
7.1.2電荷轉(zhuǎn)移115
7.1.3費(fèi)米面117
7.2Heusler合金Ni2MnGa(L21)的電子結(jié)構(gòu)計(jì)算(CASTEP)120
7.3Heusler合金Ni2MnGa(四方)的電子結(jié)構(gòu)計(jì)算(CASTEP)122
7.4Heusler合金Ni2MnGa（L21）的電子結(jié)構(gòu)計(jì)算（VASP）124
7.4.1靜態(tài)自洽計(jì)算124
7.4.2態(tài)密度非自洽計(jì)算125
7.4.3態(tài)密度分割及作態(tài)密度圖126
7.5Heusler合金Ni2MnGa（四方）的電子結(jié)構(gòu)計(jì)算（VASP）128
7.5.1靜態(tài)自洽計(jì)算128
7.5.2態(tài)密度非自洽計(jì)算128
7.5.3態(tài)密度分割及作態(tài)密度圖129
參考文獻(xiàn)130
第8章 Heusler合金彈性常數(shù)和體積模量的計(jì)算131
8.1彈性常數(shù)及其計(jì)算131
8.1.1彈性常數(shù)簡(jiǎn)介131
8.1.2彈性常數(shù)計(jì)算方法132
8.1.3Heusler合金Ni2MnGa(L21)的彈性常數(shù)和體積模量簡(jiǎn)介132
8.1.4Heusler合金Ni2MnGa(四方)的彈性常數(shù)和體積模量簡(jiǎn)介133
8.2Heusler合金Ni2MnGa(L21)的彈性常數(shù)和彈性模量計(jì)算(CASTEP,應(yīng)力-應(yīng)變法)133
8.3Heusler合金Ni2MnGa(四方)的彈性常數(shù)和彈性模量計(jì)算(CASTEP,應(yīng)力-應(yīng)變法)136
8.4Heusler合金Ni2MnGa(L21)的彈性常數(shù)和彈性模量計(jì)算(VASP,應(yīng)力-應(yīng)變法)139
8.5Heusler合金Ni2MnGa(L21)的彈性常數(shù)和彈性模量計(jì)算(VASP,能量-應(yīng)變法)141
8.5.1計(jì)算思路141
8.5.2方程C44的計(jì)算141
8.5.3方程C11+C12的計(jì)算146
8.5.4方程32(C11+2C12)的計(jì)算148
8.5.5三個(gè)方程聯(lián)立求解150
8.6Heusler合金Ni2MnGa(四方)的彈性常數(shù)和彈性模量計(jì)算(VASP,應(yīng)力-應(yīng)變法)150
8.7Heusler合金Ni2MnGa(四方)的彈性常數(shù)和彈性模量計(jì)算(VASP,能量-應(yīng)變法)152
8.7.1計(jì)算思路152
8.7.2方程C44的計(jì)算152
8.7.3方程C66的計(jì)算154
8.7.4方程C33的計(jì)算155
8.7.5方程C11+C12的計(jì)算156
8.7.6方程C11+C12+2C13+C332的計(jì)算157
8.7.7方程C112+C13+C332的計(jì)算157
8.7.8六個(gè)方程聯(lián)立求解158
參考文獻(xiàn)159
第9 章Heusler合金聲子譜線的計(jì)算161
9.1PHONOPY軟件及聲子計(jì)算簡(jiǎn)介161
9.2Heusler合金Ni2MnGa(L21)的聲子譜線計(jì)算(VASP，直接法)163
9.2.1計(jì)算過程163
9.2.2生成力文件〈FORCE-SETS〉166
9.2.3生成聲子色散曲線166
9.2.4生成聲子態(tài)密度167
9.2.5熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算168
9.3Heusler合金Ni2MnGa(L21)的聲子譜線計(jì)算(VASP，DFPT)169
9.3.1計(jì)算過程169
9.3.2生成力常數(shù)文件〈FORCE-CONSTANTS〉170
9.3.3生成聲子色散曲線170
9.3.4生成聲子態(tài)密度171
9.3.5熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算171
9.4Heusler合金Ni2MnGa(四方)的聲子譜線計(jì)算(直接法)172
9.4.1計(jì)算過程172
9.4.2生成力文件〈FORCE-SETS〉174
9.4.3生成聲子色散曲線174
9.4.4生成聲子態(tài)密度175
9.4.5熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算176
9.5Heusler合金Ni2MnGa(四方)的聲子譜線計(jì)算(DFPT)177
9.5.1計(jì)算過程177
9.5.2生成力常數(shù)文件〈FORCE-CONSTANTS〉179
9.5.3生成聲子色散曲線179
9.5.4生成聲子態(tài)密度179
9.5.5熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算180
參考文獻(xiàn)181
第10章 Heusler合金基于遺傳算法的晶體結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)183
10.1基于遺傳算法的晶體結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)與USPEX183
10.2基于遺傳算法的Heusler合金Ni2MnGa晶體結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)
(USPEX+VASP)184
10.2.1計(jì)算過程184
10.2.2提取計(jì)算結(jié)果191
10.2.3數(shù)據(jù)處理194
10.2.4查看預(yù)測(cè)的Ni2MnGa晶體結(jié)構(gòu)195
參考文獻(xiàn)196
第11章 Heusler合金Pd2MGa(M=Cr,Mn,Fe)的第一性原理計(jì)算197
11.1基于遺傳算法的Pd2MGa結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)197
11.2Pd2MGa晶格常數(shù)優(yōu)化200
11.3Pd2MGa的四方變形計(jì)算202
11.3.1Pd2MGa四方變形過程中的能量變化202
11.3.2Pd2MGa四方變形過程中的磁性變化203
11.3.3Pd2MGa的磁性計(jì)算204
11.4Pd2MGa的態(tài)密度計(jì)算205
11.4.1Pd2CrGa的態(tài)密度205
11.4.2Pd2MnGa的態(tài)密度206
11.4.3Pd2FeGa的態(tài)密度208
11.5Pd2MGa的彈性常數(shù)和彈性模量計(jì)算209
11.5.1Pd2CrGa(L21)的彈性常數(shù)和彈性模量計(jì)算209
11.5.2Pd2CrGa(四方)的彈性常數(shù)和彈性模量計(jì)算210
11.6Pd2MGa的聲子譜線計(jì)算211
參考文獻(xiàn)214
第12章 兩機(jī)并行計(jì)算實(shí)例詳解215
12.1設(shè)置方法215
12.1.1基本設(shè)置215
12.1.2主機(jī)網(wǎng)絡(luò)功能設(shè)置216
12.1.3節(jié)點(diǎn)機(jī)網(wǎng)絡(luò)功能設(shè)置221
12.2配置檢查224
12.3并行計(jì)算測(cè)試225
參考文獻(xiàn)226
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