【正文】 /計算的意義 Science文章所列舉的計算材料設(shè)計的成功應(yīng)用 1. 設(shè)計新型材料和器件 i. 高性能磁光記錄材料： Tb/Bi/FeCo與 Tb/Pb/FeCo超晶格 ii. 超硬材料： C3N4（硬度可以媲美金剛石？） iii. 新型鋰電池陰極材料： LixCoO2的替代品， Al替代 Co？ 2. 預(yù)言晶體結(jié)構(gòu)（ .，針對 70種合金， 120晶體進行 10000個第一性原理能量 計算，六個月） 3. 計算材料相圖 4. 獲得實驗難以實現(xiàn)的極端條件下（如高溫、高壓）的材料結(jié)構(gòu)與物性 實驗上已知的材料種類和可能的種類的數(shù)量之比較 傳統(tǒng)實驗 vs. 虛擬實驗 N. Quirke, Mol. Sim., 2022(26)1 大多數(shù)材料的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)并不為人所知。材料的計算機分析與模型化的進展，將使材料科學(xué)從定性描述逐漸進入定量描述階段。 一 . 材料模擬 /計算的意義 科學(xué)計算已經(jīng)是繼理論科學(xué)、實驗科學(xué)之后，人類認(rèn)識與征服自然的第三種科學(xué)方法。合成了具有特殊結(jié)構(gòu)和性能的一系列四核稀土雙氧絡(luò)合物。提出普適性更廣的 (nxcπ )格式和原子共價的新概念及其量子化學(xué)定義，根據(jù)分子結(jié)構(gòu)式便可推測金屬有機化合物和原子簇化合物的穩(wěn)定性。 徐光憲 (1920 )， 1951年獲美國哥倫比亞大學(xué)博士學(xué)位，北京大學(xué)教授。黨和國家領(lǐng)導(dǎo)人胡錦濤、溫家寶、李長春、習(xí)近平、李克強出席大會并為獲獎代表頒獎。計算材料學(xué) －虛擬實驗 一 . 材料模擬 /計算的意義 二 . 計算機實驗（模擬）的概念與步驟 三 . 計算軟件 MedeA簡介和 應(yīng)用實例 四 . 我們的目標(biāo)和存在的問題 五 . 總結(jié) 胡錦濤總書記親自為徐光憲院士頒獎 一 . 材料模擬 /計算的意義 “進入 21 世紀(jì)以來， 計算方法 與 分子模擬、虛擬實驗 ，已經(jīng)繼實驗方法、理論方法之后，成為 第三個 重要的科學(xué) 方法 ，對未來科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，將起著越來越重要的作用。 ” — 徐光憲院士 － 北京宏劍公司榮譽顧問 － 第四屆國際理論化學(xué)、分子模擬和生命科學(xué)研討會榮譽主席 2022 年 1 月 9 日上午，中共中央、國務(wù)院在北京隆重舉行國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會。北京宏劍公司榮譽顧問徐光憲院士獲得 2022 年度國家最高科學(xué)技術(shù)獎。從事量子化學(xué)、化學(xué)鍵理論和稀土科學(xué)等領(lǐng)域的教學(xué)和研究。建立了適用于研究稀土元素的量子化學(xué)計算方法和無機共軛分子的化學(xué)鍵理論。 1980 年當(dāng)選為中國科學(xué)院院士。 －－原南開大學(xué) 校長候自新 一 . 材料模擬 /計算的意義 美國若干個專業(yè)委員會（ 1989） 現(xiàn)代理論和計算機的進步，使得材料科學(xué)與工程的性質(zhì)正在發(fā)生變化。 《 90年代的材料科學(xué)與工程 》 美國國家科學(xué)研究委員會（ 1995） 材料設(shè)計（ materials by design）一詞正在變?yōu)楝F(xiàn)實，它意味著在材料研制與應(yīng)用過程中理論的份量不斷增長，研究者今天已經(jīng)處在應(yīng)用理論和計算來設(shè)計材料的初期階段。按照傳統(tǒng)材料設(shè)計 —愛迪生式方法進行材料制備、測試、分析，再結(jié)合理論研究，成本高、周期長。 一 . 材料模擬 /計算的意義 Celanese公司需要從 300個候選物中找到新的共混材料。所以 Celanese公司使用虛擬實驗方法對候選物進行預(yù)處理，并從中選出了 30個最佳候選物進行試驗，并最終得到所需材料。D is growing in relative importance Modeling Ramp。這樣的研究方式完全順應(yīng)目前倍受整個社會重視和倡導(dǎo)的綠色環(huán)保的思想，使材料學(xué)成為與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的、 更高境界的材料學(xué) 。它綜合了凝聚態(tài)物理、材料物理學(xué)、理論化學(xué)、材料力學(xué)和工程力學(xué)、計算機算法等多個相關(guān)學(xué)科。 本學(xué)科目前尚無統(tǒng)一的稱呼， 計算材料學(xué)（ Computational materials science）， 計算材料模擬（ Computational materials simulation） 計算材料設(shè)計（ Computational materials design） 計算凝聚態(tài)物理（ Computational condensed matter physics） 虛擬實驗等稱謂往往同時使用。 二 . 計算機實驗 (模擬 )的概念與步驟 3. 多尺度材料模擬方法簡介 (1) 第一性原理方法（ Firstprinciples methods）：從量子力學(xué)出發(fā)，通過數(shù)值求 解 Schr246。 ?? 優(yōu)點： (a)可以給出電子和結(jié)構(gòu) /力學(xué)行為的信息； (b)可以描述化學(xué)鍵的斷裂和重 組，或電子的重排（如化學(xué)反應(yīng)）； (c)理論方法通常提供了系統(tǒng)提高精度 的方案； (d)原則上，只需要原子的種類和坐標(biāo)作為輸入就可以精確計算材 料的性質(zhì)。 (2) 半經(jīng)驗方法（ Semiempirical methods）：從第一性原理方法出發(fā)作必要的簡化，例如只處理價電子，將 Hamiltonian參數(shù)化，采用從第一性原理計算或?qū)嶒灥玫降膮?shù)等。 ?? 缺點： (a) 難以確定計算結(jié)果的可靠性； (b) 需要實驗或從頭計算結(jié)果作為輸入； (c)方法中采用經(jīng)驗參數(shù)，存在可移植性的困難。 ?? 優(yōu)點： (a) 可以模擬復(fù)雜系統(tǒng)的微觀結(jié)構(gòu)（含 1046原子）； (b) 可以模擬較長 時間尺度的過程（時間達到 μs量級）。 (4) 介觀方法（ Mesoscalemethods）：對于原子模擬方法引入適當(dāng)?shù)暮喕瘉? 去除較快的自由度，和 /或?qū)⒁唤M原子（ “ 物質(zhì)滴 ” ， blobs of matter）作為通 過有效勢相互