Квантовомеханическое моделирование свойств кристаллов в ab initio программных пакетах

Стр.2

Стр.3

УДК 539.2(075)+548.31(075)+544.22(075)+004.9(075) ББК В31я7+В37я7+З972я7 С161 Рецензенты: д-р физ.-мат. наук В . Ю. Юш а н х а й , д-р физ.-мат. наук С . И . Х а р и т о н о в Салеев, Владимир Анатольевич С161 Квантовомеханическое моделирование свойств кристаллов в ab initio программных пакетах: учебное пособие / В.А. Салеев, А.В. Шипилова. – Самара: Издательство Самарского университета, 2023. – 100 с. ISBN 978-5-7883-1942-1 В пособии представлено практическое введение в работу с квантовомеханическими программными пакетами для моделирования физико-химических свойств кристаллических твердых тел. Подробно описаны способы расчета структурных, механических и электронных свойств кристаллов в коммерческих пакетах VASP и CRYSTAL. Предназначено для обучающихся по направлениям подготовки бакалавриата 03.03.02 Физика, магистратуры 03.04.02 Физика, студентов и аспирантов физических факультетов университетов при изучении курсов «Квантовая теория твердого тела», «Компьютерное моделирование в квантовой физике», «Квантовая химия» и др. Подготовлено на кафедре общей и теоретической физики. УДК 539.2(075)+548.31(075)+544.22(075)+004.9(075) ББК В31я7+В37я7+З972я7 ISBN 978-5-7883-1942-1 2 © Самарский университет, 2023

Стр.2

ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ ................................................................................................... 4 Список обозначений и сокращений ............................................................ 6 1. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ ..................................... 7 1.1. Уравнение Шредингера ............................................................ 7 1.2. Метод Хартри-Фока .................................................................. 8 1.3. Теория функционала электронной плотности ...................... 12 1.4. Зоны Бриллюэна и точки высокой симметрии ..................... 17 2. РАБОТА С ПРОГРАММНЫМ ПАКЕТОМ VASP .......................... 24 2.1. Обзор возможностей VASP .................................................... 24 2.2. Входные файлы VASP ............................................................. 25 2.2.1. POSCAR ..................................................................... 25 2.2.2. POTCAR ..................................................................... 28 2.2.3. KPOINTS .................................................................... 29 2.2.4. INCAR ......................................................................... 34 2.3. Основные выходные файлы VASP ........................................ 41 2.4. Оптимизация геометрии ......................................................... 44 2.5. Расчет упругих свойств .......................................................... 47 2.6. Расчет электронной зонной структуры ................................. 50 2.7. Расчет плотности электронных состояний ........................... 53 3. РАБОТА С ПРОГРАММНЫМ ПАКЕТОМ CRYSTAL .................. 55 3.1. Обзор возможностей CRYSTAL ............................................ 55 3.2. Ввод данных для CRYSTAL ................................................... 57 3.2.1. Блок 1. Геометрия ...................................................... 60 3.2.2. Блок 2. Базисный набор ............................................ 66 3.2.3. Блок 3. Вычислительные параметры ....................... 71 3.3. Оптимизация геометрии ......................................................... 75 3.4. Расчет частот собственных колебаний .................................. 79 3.5. Расчет физических свойств в CRYSTAL .............................. 82 3.6. Расчет электронной зарядовой плотности ............................ 83 3.7. Расчет электронной зонной структуры ................................. 85 3.8. Расчет плотности электронных состояний ........................... 88 4. ПОЛЕЗНЫЕ РЕСУРСЫ .................................................................... 92 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ........................................................................... 94 3

Стр.3