第一性原理计算的基本思想是将多个原子构成的体系看成是由多个电子和原子核组成的系统,并根据量子力学的基本原理 对问题进行最大限度的“非经验性”处理。它只需要5个基本常数(m0,e,h,c,kB)就可以计算出体系的能量和电子 结构等物理性质。它可以确定已知材料的结构和基础性质,并实现原子级别的精准控制,是现阶段解决实验理论问题和预 测新材料结构性能的有力工具。并且,第一性原理计算不需要开展真实的实验,极大地节省了实验成本,现已被广泛应用 于化学、物理、催化、环境、生命科学和材料等领域。
适合的研究方向包括但不限于:金属材料、非金属材料、纳米材料、半导体材料、电催化光催化、热催化、电池、固体. 界面、合金、吸附等
可以计算的体系包括但不限于:晶体、非晶、二维材料、表面、界面、固体等
可以计算的内容包括但不限于:
1、电子结构计算,如电荷密度、电荷差分密度、态密度、能带、费米能级、功函数、ELF等
2、几何结构计算,如键长、键角、二面角、晶格常数、原子位置等
3、材料性质计算,如介电常数、弹性模量、磁导率、热导率、界面热阻等
4、催化相关计算,如HER、OER/ORR、NRR、CO2RR等
5、能量相关计算,如吉布斯自由能、吸附能、掺杂能、形成能等
6、反应相关计算,如反应路径、反应机理研究、过渡态搜索、能垒计算等
7、其他计算,如声子谱、异质结、锂-硫电池、碱金属离子电池、高熵合金计算等
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                        差分电荷密度
是量子化学和材料科学研究中的一个重要概念,它描述了单位体积内的电荷分布情况。在分子或晶体结构中,电子不是均匀分布在空间中的,而是集中在原子核周围或者成键的区域。通过计算差分电荷密度,科学家可以了解电子在这些区域中的分布情况,以及这些分布如何影响物质的性质和反应。¥ 0.00立即预约
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                        吸附
吸附是指当流体与多孔固体接触时,流体中某一组分或多个组分在固体表面处产生积蓄的现象。具体来说,吸附是物质(主要是固体物质)表面吸住周围介质(液体或气体)中的分子或离子的过程。吸附可以分为物理吸附和化学吸附,前者的相互作用力较小,吸附是可逆的;而后者的相互作用力较大,吸附是不可逆的。¥ 0.00立即预约
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                        态密度
态密度是指在单位能量范围内可被粒子(通常是电子)占据的状态数目。它在材料科学、凝聚态物理和量子化学等领域中至关重要,帮助理解材料的电子结构和光学性质等特性。态密度与能带结构密切相关,影响固体的基本性质,如电子比热和光吸收等。¥ 0.00立即预约
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                        界面形成能
界面形成能是指两种不同物质或相态接触时,因界面处原子/分子排列畸变而产生的额外自由能增量。 其本质源于界面区域与体相之间的能量差异: 1、原子排列畸变:例如晶界处原子偏离理想晶格位置,导致键长和键角变化,形成弹性应变能。 2、电子结构差异:界面处的电子分布可能因化学键重组或能级偏移而改变,产生电荷转移或偶极矩。¥ 0.00立即预约
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                        能带
能带是指一系列能级的集合,这些能级的能量范围非常接近,几乎可以视为连续的能量区域。能带理论在固体物理学中非常重要,它帮助我们理解导体、绝缘体和半导体之间的区别。具体来说,能带分为价带、导带和禁带,其中价带是被电子占据的能级,导带是可以导电的能级,而禁带则是电子无法占据的能级。能带的宽度和位置决定了材料的导电性质和光学性质。¥ 0.00立即预约
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                        电子局域函数
电子局域函数(ELF)是一个标量场,用于量化在给定点附近找到具有相同自旋的电子的可能性。其值介于0到1之间,值越接近1表示电子越局域化,值为0则表示电子完全离域化。ELF最早由A.D. Becke和K.E. Edgecombe提出,旨在通过量子力学原理分析电子的局域化特征。¥ 0.00立即预约
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                        电荷局域密度
局域电荷密度是指某个点或某个区间的电荷密度,也被称为partial charge density或band decomposed charge density。局域密度近似(LDA)是一种理论模型,适用于电荷密度变化缓慢的体系、电荷密度较高的体系以及大多数晶体结构。但是对于电子分布体现出较强定域性,电荷密度分布不均匀的体系并不适用,而且体系的束缚能的绝对值和禁带宽度的绝对值也不适合用LDA进行分析。¥ 0.00立即预约
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                        反应能垒
(Energy barrier)在化学反应中特指过渡态物质与反应物基态之间的零点能差异,其数值E的计算公式为:$E = E{\text{TS}} - E{\text{Reactant}}$其中$E{\text{TS}}$代表过渡态能量,$E{\text{Reactant}}$为反应物能量。该参数与活化能(Ea)存在本质区别:活化能反映温度对反应速率影响的实验测定值,而能垒是基于量子化学计算的微观能量差距¥ 0.00立即预约
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                        功函数
功函数(work function)又称功函、逸出功,在固体物理中被定义成:把一个电子从固体内部刚刚移到此物体表面所需的最少的能量。一般情况下功函数指的是金属的功函数,非金属固体很少会用到功函数的定义,而是用接触式来表达。功函数的大小通常大概是金属自由原子电离能的二分之一。金属的功函数表示为一个起始能量等于费米能级的电子,由金属内部逸出到真空中所需要的最小能量。功函数的大小标志着电子在金属中束缚的强弱,功函数越大,电子越不容易离开金属。金属的功函数约为几个电子伏特。铯的功函最低,为2.14ev;铂的最高,为5.65ev。功函数的值与表面状况有关,随着原子序数的递增,功函数也呈现周期性变化。在半导体中,导带底和价带顶一般都比金属最小电子逸出能低。要使电子从半导体逸出,也必须给它以相应的能量。与金属不同,半导体的功函和掺杂浓度有关。¥ 0.00立即预约
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                        晶格常数
晶格常数(Lattice Constant)是指描述晶体结构中相邻两个相同格点(如原子、离子或分子)之间沿某一特定方向的最短距离。通常用a、b、c表示,分别对应于晶体三个主轴方向的长度。对于立方晶系,这三个方向上的长度是相等的,即a=b=c;而对于其他非立方晶系,则需要三个独立的晶格常数来描述其结构。晶格常数是晶体物质的基本结构参数,与原子间的结合能有直接关系。¥ 0.00立即预约
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                        bader电荷
Bader电荷分析是一种将分子分解为原子的直观方法,由理查德·贝德(Richard Bader)开发。该方法基于电子电荷密度,使用零通量表面来划分原子,通常在分子系统中,电荷密度在原子之间达到最小值,这是原子彼此分离的自然位置。Bader电荷分析可用于电荷分析和原子多极矩的确定。¥ 0.00立即预约
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                        电荷密度
在电磁学里,电荷密度是一种度量,描述电荷分布的密度。电荷密度又可以分类为线电荷密度、面电荷密度、体电荷密度。假设电荷分布于一条曲线或一根直棒子,则其线电荷密度是每单位长度的电荷量,单位为库仑/米 (coulomb/meter) 。假设电荷分布于一个平面或一个物体的表面,则其面电荷密度是每单位面积的电荷量,单位为库仑/米^2。假设电荷分布于一个三维空间的某区域或物体内部,则其体电荷密度是每单位体积的电荷量,单位为库仑/米^3。¥ 0.00立即预约
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                        吸附能
吸附能是指一个分子或原子从气态或溶液中被吸附到固体表面时所释放或吸收的能量。它通常用来描述吸附过程的热力学稳定性,即固体表面与气态或液态物质之间的结合强度。吸附能的正值越大,表示分子与固体表面之间的结合越强,而负值则表示吸附不稳定。¥ 0.00立即预约
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                        过渡态
过渡态是化学反应中反应物体系转变为产物体系时必然经过的中间状态,其本质特征为整个反应路径上的能量最高点 。在势能面理论模型中,该状态表现为连接反应物谷和产物谷的最低能量路径中的鞍点结构,具有在反应路径方向能量最大、垂直方向能量最小的特殊几何特性 。该状态下的分子体系中旧化学键尚未完全断裂,新化学键也未完全形成,呈现出特殊的键合临界特征。由于能量极高且存在时间极短(约10^-13秒量级),过渡态无法通过常规实验手段直接观测,需借助量子化学计算或光谱学方法间接表征。¥ 0.00立即预约
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                        迁移能垒
简单来说就是描述物质或粒子从一个位置移动到另一个位置时,所需要克服得能量障碍。 这个概念可以应用于多种物理现象,如原子或离子的迁移、电荷的转移,甚至是分子在催化过程中跨越能量障碍的情况。 举个简单的例子;想象一个小球滚下斜坡;球的移动并不是简单的沿坡面滑下,而是需要克服斜坡上某个点的最高点,才能顺利下滑。 在这个过程中,那个最高点就是能量的能垒,而小球需要的能量就是迁移能垒。¥ 0.00立即预约
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                        声子谱
声子是晶格振动的简正模能量量子,用于描述固体中原子或分子的振动。声子谱则是声子能量与波矢(k点)之间的关系图,反映了材料的振动模式和能量状态。¥ 0.00立即预约
 
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