第一性原理能夠在電子和原子層次上揭示材料結構與性能的本質，已成為材料計算與設計的重要方法手段。本書介紹了第一性原理的基礎理論，及其在Heusler合金研究中的應用。本書共11章，第1章為緒論，第2章介紹Heusler合金的研究歷史與現(xiàn)狀，第3章介紹第一性原理計算基礎，介紹第4章第一性原理計算常用軟件，第5章介紹Heusler合金基于遺傳算法的晶體結構預測，第6章為Heusler合金晶格常數(shù)的優(yōu)化，第7章介紹Heusler合金磁矩的計算，第8章為Heusler合金態(tài)密度的計算，第9章介紹Heusler合金彈性常數(shù)的計算，第10章介紹Heusler合金聲子譜線的計算，第11章介紹Heusler合金相變的計算。本書基于作者多年“Heusler合金研究”和“第一性原理計算”工作積累撰寫而成。本書可供從事材料計算與設計的教師、科研人員、研究生、本科生提供有價值的指導和參考。

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目錄
前言
第1章 Heusler合金簡介1
1.1Heusler合金的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展1
1.2Heusler合金晶體結構的特點3
1.2.1Heusler合金晶體結構的一般特征3
1.2.2Heusler合金的種類和常見晶體結構3
1.2.3Heusler合金的相變4
1.3Heusler合金Ni2MnGa的研究進展5
1.4Heusler合金Ni2MnGa的晶體結構10
1.4.1Ni2MnGa(L21)晶體結構10
1.4.2Ni2MnGa(四方)結構16
參考文獻19
第2章 第一性原理計算基礎27
2.1第一性原理計算概述27
2.2密度泛函理論簡介29
2.3第一性原理計算常用軟件32
2.4第一性原理計算可靠性的保證34
2.4.1收斂性測試34
2.4.2布里淵區(qū)k點的選擇36
2.4.3交換關聯(lián)泛函38
2.4.4化學勢的計算：元素單摻41
2.4.5化學勢的計算：元素共摻45
2.5第一性原理計算的一般步驟46
2.6高性能計算和操作系統(tǒng)49
參考文獻51
第3章 Heusler合金的晶體結構建模54
3.1Heusler合金Ni2MnGa(L21)結構建模54
3.1.1晶體結構實驗數(shù)據(jù)54
3.1.2晶胞的建模55
3.2Heusler合金Ni2MnGa(四方)結構建模58
3.2.1晶體結構實驗數(shù)據(jù)58
3.2.2晶胞的建模60
參考文獻61
第4章 Heusler合金平衡晶格常數(shù)的優(yōu)化62
4.1Heusler合金Ni2MnGa(L21)立方晶格常數(shù)優(yōu)化(CASTEP)62
4.2Heusler合金Ni2MnGa(L21)立方晶格常數(shù)優(yōu)化（VASP，手動變晶格常數(shù)）65
4.3Heusler合金Ni2MnGa(L21)立方晶格常數(shù)優(yōu)化（VASP，自動變晶格常數(shù)）69
4.4Heusler合金Ni2MnGa(L21)立方晶格常數(shù)優(yōu)化(ELK)71
4.4.1ELK軟件簡介72
4.4.2計算過程72
參考文獻75
第5章 Heusler合金的四方變形計算76
5.1Heusler合金Ni2MnGa四方變形方法及其實現(xiàn)76
5.2Heusler合金Ni2MnGa四方變形過程中的能量與磁矩變化（CASTEP）77
5.3Heusler合金Ni2MnGa四方變形過程中的能量與磁矩變化（VASP）82
5.4Heusler合金Ni2MnGa四方變形過程中的能量與磁矩變化（ELK）87
參考文獻93
第6章 Heusler合金的結構優(yōu)化94
6.1晶體結構優(yōu)化的理論基礎94
6.1.1晶體結構與晶體結構優(yōu)化94
6.1.2實例：體心立方Fe的晶格常數(shù)優(yōu)化與結構優(yōu)化95
6.1.3優(yōu)化方法簡介97
6.2Heusler合金Ni2MnGa(L21)的結構優(yōu)化(CASTEP)101
6.3Heusler合金Ni2MnGa(四方)的結構優(yōu)化(CASTEP)103
6.4Heusler合金Ni2MnGa(L21)的結構優(yōu)化（VASP）107
6.5Heusler合金Ni2MnGa(四方)的結構優(yōu)化（VASP）109
參考文獻110
第7章 Heusler合金電子結構的計算111
7.1電子結構計算的理論基礎111
7.1.1能帶與態(tài)密度111
7.1.2電荷轉移115
7.1.3費米面117
7.2Heusler合金Ni2MnGa(L21)的電子結構計算(CASTEP)120
7.3Heusler合金Ni2MnGa(四方)的電子結構計算(CASTEP)122
7.4Heusler合金Ni2MnGa（L21）的電子結構計算（VASP）124
7.4.1靜態(tài)自洽計算124
7.4.2態(tài)密度非自洽計算125
7.4.3態(tài)密度分割及作態(tài)密度圖126
7.5Heusler合金Ni2MnGa（四方）的電子結構計算（VASP）128
7.5.1靜態(tài)自洽計算128
7.5.2態(tài)密度非自洽計算128
7.5.3態(tài)密度分割及作態(tài)密度圖129
參考文獻130
第8章 Heusler合金彈性常數(shù)和體積模量的計算131
8.1彈性常數(shù)及其計算131
8.1.1彈性常數(shù)簡介131
8.1.2彈性常數(shù)計算方法132
8.1.3Heusler合金Ni2MnGa(L21)的彈性常數(shù)和體積模量簡介132
8.1.4Heusler合金Ni2MnGa(四方)的彈性常數(shù)和體積模量簡介133
8.2Heusler合金Ni2MnGa(L21)的彈性常數(shù)和彈性模量計算(CASTEP,應力-應變法)133
8.3Heusler合金Ni2MnGa(四方)的彈性常數(shù)和彈性模量計算(CASTEP,應力-應變法)136
8.4Heusler合金Ni2MnGa(L21)的彈性常數(shù)和彈性模量計算(VASP,應力-應變法)139
8.5Heusler合金Ni2MnGa(L21)的彈性常數(shù)和彈性模量計算(VASP,能量-應變法)141
8.5.1計算思路141
8.5.2方程C44的計算141
8.5.3方程C11+C12的計算146
8.5.4方程32(C11+2C12)的計算148
8.5.5三個方程聯(lián)立求解150
8.6Heusler合金Ni2MnGa(四方)的彈性常數(shù)和彈性模量計算(VASP,應力-應變法)150
8.7Heusler合金Ni2MnGa(四方)的彈性常數(shù)和彈性模量計算(VASP,能量-應變法)152
8.7.1計算思路152
8.7.2方程C44的計算152
8.7.3方程C66的計算154
8.7.4方程C33的計算155
8.7.5方程C11+C12的計算156
8.7.6方程C11+C12+2C13+C332的計算157
8.7.7方程C112+C13+C332的計算157
8.7.8六個方程聯(lián)立求解158
參考文獻159
第9 章Heusler合金聲子譜線的計算161
9.1PHONOPY軟件及聲子計算簡介161
9.2Heusler合金Ni2MnGa(L21)的聲子譜線計算(VASP，直接法)163
9.2.1計算過程163
9.2.2生成力文件〈FORCE-SETS〉166
9.2.3生成聲子色散曲線166
9.2.4生成聲子態(tài)密度167
9.2.5熱力學性質計算168
9.3Heusler合金Ni2MnGa(L21)的聲子譜線計算(VASP，DFPT)169
9.3.1計算過程169
9.3.2生成力常數(shù)文件〈FORCE-CONSTANTS〉170
9.3.3生成聲子色散曲線170
9.3.4生成聲子態(tài)密度171
9.3.5熱力學性質計算171
9.4Heusler合金Ni2MnGa(四方)的聲子譜線計算(直接法)172
9.4.1計算過程172
9.4.2生成力文件〈FORCE-SETS〉174
9.4.3生成聲子色散曲線174
9.4.4生成聲子態(tài)密度175
9.4.5熱力學性質計算176
9.5Heusler合金Ni2MnGa(四方)的聲子譜線計算(DFPT)177
9.5.1計算過程177
9.5.2生成力常數(shù)文件〈FORCE-CONSTANTS〉179
9.5.3生成聲子色散曲線179
9.5.4生成聲子態(tài)密度179
9.5.5熱力學性質計算180
參考文獻181
第10章 Heusler合金基于遺傳算法的晶體結構預測183
10.1基于遺傳算法的晶體結構預測與USPEX183
10.2基于遺傳算法的Heusler合金Ni2MnGa晶體結構預測
(USPEX+VASP)184
10.2.1計算過程184
10.2.2提取計算結果191
10.2.3數(shù)據(jù)處理194
10.2.4查看預測的Ni2MnGa晶體結構195
參考文獻196
第11章 Heusler合金Pd2MGa(M=Cr,Mn,Fe)的第一性原理計算197
11.1基于遺傳算法的Pd2MGa結構預測197
11.2Pd2MGa晶格常數(shù)優(yōu)化200
11.3Pd2MGa的四方變形計算202
11.3.1Pd2MGa四方變形過程中的能量變化202
11.3.2Pd2MGa四方變形過程中的磁性變化203
11.3.3Pd2MGa的磁性計算204
11.4Pd2MGa的態(tài)密度計算205
11.4.1Pd2CrGa的態(tài)密度205
11.4.2Pd2MnGa的態(tài)密度206
11.4.3Pd2FeGa的態(tài)密度208
11.5Pd2MGa的彈性常數(shù)和彈性模量計算209
11.5.1Pd2CrGa(L21)的彈性常數(shù)和彈性模量計算209
11.5.2Pd2CrGa(四方)的彈性常數(shù)和彈性模量計算210
11.6Pd2MGa的聲子譜線計算211
參考文獻214
第12章 兩機并行計算實例詳解215
12.1設置方法215
12.1.1基本設置215
12.1.2主機網(wǎng)絡功能設置216
12.1.3節(jié)點機網(wǎng)絡功能設置221
12.2配置檢查224
12.3并行計算測試225
參考文獻226