Ab initio | это... Что такое Ab initio? (original) (raw)
Ab initio (лат. от начала) в физике — решение задачи из первых основополагающих принципов без привлечения дополнительных эмпирических предположений. Обычно подразумевается прямое решение уравнений квантовой механики. Несмотря на название при этом зачастую делаются какие-либо предположения и упрощения. Данные упрощения позволяют рассчитывать системы с большим числом атомов или атомы, имеющее большее число электронов. Примером такого упрощения является использование PAW-потенциалов.
Ab initio методы в физике твёрдого тела
Термин фактически именует одно из направлений современной теоретической физики твёрдого тела. Означает совокупность физических приближений, процедур вычисления и оптимизации, используемых для расчёта электронных и фононных спектров с целью нахождения термодинамических и кинетических характеристик материала, таких как коэффициент теплового расширения, электрическая проводимость и другие. Например, для расчёта энергии сублимации атома используется разница энергий атома в кристаллическом состоянии и изолированного атома, помещённого в ячейку большого размера (что аналогично свободному атому). Первыми из серьёзных достижений в этом направлении можно считать концепцию самосогласованного поля и уравнения Хартри и их прямые уточнения, уравнения Хартри-Фока. Эти уравнения с различными вариациями являются основой вычислительных методов в квантовой химии.
В последнее время все большее распространение в физике твёрдого тела приобретают методы ab initio расчётов, основанные на использовании метода функционала плотности.
Достоинством расчётов из первых принципов является точное описание атомного взаимодействия с учётом квантовых эффектов. Недостатком — невозможность расчёта за разумное время систем с достаточно большим числом атомов (на практике редко более 100).
Если расположить современные методы моделирования, используемые в физике, по возрастанию размеров моделируемых систем и времени моделирования, то картина получится следующей:
- Ab initio методы, не использующие приближений
- Ab initio методы, использующие приближения
- Методы молекулярной динамики, использующие полуэмпирические потенциалы
- Метод Монте-Карло
- Методы конечных элементов
Аналогично от 1-5 увеличивается количество упрощений и приближений которые могут влиять на корректность получаемого результата.
Программы, используемые при моделировании из «первых принципов»:
- Gaussian
- CPMD
- NWCHEM
- ABINIT — свободная программа
- VASP — платная программа (по публикациям — используется более часто)
- WIEN2K
- GAMESS (US)
- PC GAMESS
- ORCA
- CRYSTAL
При расчёте характеристик титана ABINIT и VASP дают аналогичные значения. VASP работает быстрее в однопроцессорной версии, но реализация MPI в ABINIT более качественна.
См. также
Ссылки
- Ашкрофт Н., Мермин Н. «Физика твёрдого тела»
- Слэтер Дж. «Методы самосогласованного поля для молекул и твёрдых тел»
- Хартри Д. «Расчёты атомных структур»