spContent=课程内容主要包括以下几个部分：密度泛函理论基础、DFT计算方法论、应用实例详解、DFT技术发展前沿以及MS的基本操作。通过本课程的学习，学员不仅能掌握密度泛函理论的核心知识，还能培养利用该理论解决实际科学问题的能力，从而更好地服务于材料设计、药物研发及新能源等领域的工作需求。
课程内容主要包括以下几个部分：密度泛函理论基础、DFT计算方法论、应用实例详解、DFT技术发展前沿以及MS的基本操作。通过本课程的学习，学员不仅能掌握密度泛函理论的核心知识，还能培养利用该理论解决实际科学问题的能力，从而更好地服务于材料设计、药物研发及新能源等领域的工作需求。
—— 课程团队
课程概述
密度泛函理论（Density Functional Theory，简称DFT）是一门源自量子力学的现代物理化学理论，是量子力学中用于处理多电子系统的一个重要理论框架，主要应用于材料科学、固体物理、表面科学、化学反应机理以及分子生物学等诸多领域。本课程旨在全面系统地介绍密度泛函理论的基本原理、数学框架和计算技术，并探讨其在实际科研中的广泛应用。课程内容主要包括以下几个部分：密度泛函理论基础、DFT计算方法论、应用实例详解、DFT技术发展前沿以及MS的基本操作。通过本课程的学习，学员不仅能掌握密度泛函理论的核心知识，还能培养利用该理论解决实际科学问题的能力，从而更好地服务于材料设计、药物研发及新能源等领域的工作需求。
授课目标
课程内容主要包括以下几个部分：密度泛函理论基础、DFT计算方法论、应用实例详解、DFT技术发展前沿以及MS的基本操作。帮助学员不仅掌握密度泛函理论的核心知识，还能培养利用该理论解决实际科学问题的能力，从而更好地服务于材料设计、药物研发及新能源等领域的工作需求。
成绩 要求
本课程成绩主要来自于课程学习与课后习题
60分以上为及格
85分以上为优秀
课程大纲
密度泛函理论的发展历史
课时目标：第一章旨在引领学生追溯该理论从量子化学到计算量子化学的演进脉络，通过背景介绍、量子化学基石以及计算方法的探究，使学生系统了解DFT理论起源、发展及其在解决实际化学问题中的关键作用，为后续深度学习与实践打下坚实基础。
1.1背景介绍
1.2量子化学
1.3计算量子化学
密度泛函理论简介
课时目标：第二章聚焦于理论核心与应用领域，引导学生掌握DFT的基本原理与构造，进而明晰其在凝聚态物理、材料科学及化学反应等领域的重要地位和广泛应用价值，旨在培养学生活用DFT解决实际问题的能力，奠定现代量子力学计算方法的基础。
2.1密度泛函理论基本内容
2.2密度泛函理论使用范围与意义
密度泛函理论计算的基本要素
课时目标：第三章课程系统介绍密度泛函理论计算基础，涉及倒易空间与K点采样、截面能分析、赝势方法及结构优化等核心内容。学生将掌握利用倒易空间解析电子结构，理解赝势模型，学习能带结构计算与几何优化技术，以实现精准的结构预测与性质模拟。
3.1倒易空间和K点
3.2截面能
3.3赝势
3.4数值优化
3.5几何优化
简单固体的DFT计算
课时目标：第四章聚焦于简单固体DFT计算，引导学生探索超晶胞构建、精确测定晶格参数，并剖析典型晶体结构如四面体与八面体形态。本章还深入讲解晶面结构特征及其对固体材料可浮性的影响，旨在使学生掌握运用DFT研究固体物理与化学性质的方法和技术。
4.1超晶胞和晶格参数
4.2几种典型晶型
4.3四面体与八方体
4.4晶面结构与可浮性
固体表面的DFT计算
课时目标：第五章系统讲授固体表面DFT计算，涵盖表面基本概念、板块模型构建、利用Miller指数区分表面类型，以及探究表面弛豫现象、表面能计算方法。此外，本章核心还包括表面重构机理及吸附行为分析，旨在培养学生运用DFT解决固体表面复杂性质与反应问题的能力。
5.1固体表面及板块模型
5.2Miller指数对表面分类
5.3表面弛豫
5.4表面能的计算
5.5表面重构和吸附
化学过程速率的DFT计算
课时目标：第六章聚焦化学反应速率的DFT计算，系统解析一维至多维反应动力学，并深度探讨过渡态理论的核心地位。学生将通过学习掌握如何运用DFT有效定位与验证化学反应的正确过渡态，从而提升预测和理解复杂反应机制的能力。
6.1一维和多维反应速率
6.2过渡态
6.3寻找正确过渡态
从头计算分子动力学
课时目标：第七章系统介绍从头计算分子动力学，对比阐述经典与量子力学框架下的动力学模型，并深度剖析从头计算方法在复杂分子体系动态行为模拟中的具体应用。本章旨在让学生掌握基于密度泛函理论的从头计算分子动力学技术，应用于预测和理解化学反应机理、材料性能及生物分子运动规律。
7.1经典分子动力学与从头计算分子动力学
7.2从头计算分子动力学的应用
DFT计算的精确度
课时目标：第八章聚焦DFT计算精度问题，通过探讨DFT方法的可靠性和局限性，引导学生深入理解不同交换-相关泛函对计算结果的影响。本章核心在于培养学生评判并选择适用泛函的能力，以及针对特定物理问题优化DFT计算策略，从而提升模拟预测的准确度。
8.1DFT计算有多精确？
8.2泛函的选择
8.3物理精度
第一次实操课
课时目标：在第九章的首次实操环节中，学生将系统学习Materials Studio软件界面及功能菜单，掌握其核心计算模块操作。课程重点在于指导学员熟悉并实际配置DMol3和CASTEP两个重要模块的参数，旨在使学生能够独立运用这些工具开展材料性质的第一性原理计算，培养理论联系实践的科研能力。
9.1Materials Studio的简介与菜单项
9.2Materials Studio 计算模块
9.3DMol3 与CASTEP 参数设置
第二次实操课
课时目标：第十章的第二次实操课程聚焦于晶体结构模拟构建，以及运用Forcite与Castep进行力学性能和电子结构计算分析。通过本章学习，学生将掌握利用专业软件创建复杂晶体模型，并能执行和解析基于DFT的第一性原理计算结果，进而在材料设计与探索领域具备更强的理论实践能力。
10.1晶体模型建立
10.2Forcite与Castep计算及分析
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预备知识
参考资料
主要教材：
《密度泛函理论》第一版，主编：David Sholl, Janice Steckel，翻译：李健、周勇。出版社：国防工业出版社，出版时间：2014.01。
参考书：
1 《费恩曼物理学讲义》，主编：Feynman，出版社：上海科技出版社，出版时间：2013.04。
2 《固体物理》第八版，主编：C.基泰尔，出版社：化学工业出版社，出版时间： 2013.06。
3 《Electronic structure》，主编：R.M. Martin，出版社：世界图书出版社，出版时间：2017.05。
浙公网安备 33010802012594号
