第一性原理分子动力学 理论基础理论基础 计算框架计算框架 应用应用 1. 理论基础 n第一性原理分子动力学：第一性原理分子动力学：密度泛函理论密度泛函理论与与分子分子 动力学动力学相结合相结合 n电子电子的状态由的状态由KS方程方程进行描述；进行描述；离子离子的运动的运动 状态由经典的状态由经典的牛顿方程牛顿方程描述。描述。 n离子受到的力包括：离子受到的力包括：DFT理论中理论中HK定理导出定理导出 的电子状态对离子作用的贡献。的电子状态对离子作用的贡献。 n代表性计算软件：代表性计算软件：CPMD 理论基础 n与与CPMD并行发展的分子动力学：并行发展的分子动力学： 从头计算从头计算分子动力学分子动力学 第一性原理第一性原理分子动力学分子动力学 波恩波恩-奥本海默奥本海默分子动力学分子动力学 2. 计算框架 n第一性原理分子动力学模拟可归结为第一性原理分子动力学模拟可归结为 l电子系统动力学计算电子系统动力学计算 l电子和离子耦合系统动力学计算电子和离子耦合系统动力学计算 电子系统动力学计算（第一过程）电子系统动力学计算（第一过程） 1、根据电子系统动力学计算原子初始构型的、根据电子系统动力学计算原子初始构型的基态单电子轨基态单电子轨 道波函数道波函数 2、根据、根据DFT计算电子体系的计算电子体系的总能总能和离子间的和离子间的相互作用势能相互作用势能； 3、计算电子波函数正交化产生的、计算电子波函数正交化产生的虚拟力虚拟力，求解运动方程，求解运动方程， 得到得到新体系的电子波函数新体系的电子波函数； 电子和离子耦合系统动力学计算（第二过程）电子和离子耦合系统动力学计算（第二过程） 根据第一过程的计算结果即可计算离子运动方程中的虚根据第一过程的计算结果即可计算离子运动方程中的虚 拟力，求解离子运动方程并得到拟力，求解离子运动方程并得到t+t时刻的时刻的离子坐标离子坐标。 3. 应用 n材料物性模拟 n化学反应机制研究 PRL (Physical Review Letters) n也译作也译作物理评论快报物理评论快报，是一本声誉卓著的物理学，是一本声誉卓著的物理学 期刊，自期刊，自1958年起开始由美国物理学会出版。年起开始由美国物理学会出版。 n物理学类顶级杂志物理学类顶级杂志