01
课程导论：第一性原理与材料筛选
什么是第一性原理计算？工业价值与科研意义，课程目标与学习路径。
导论全景
02
量子力学基础速通
薛定谔方程、波函数、能量本征值、Born-Oppenheimer近似。
量子力学基础
03
密度泛函理论(DFT)核心
Hohenberg-Kohn定理、Kohn-Sham方程、交换关联泛函(LDA/GGA)。
DFT核心
04
常用DFT软件栈
VASP、Quantum ESPRESSO、CP2K的安装与基本使用对比。
软件VASPQE
05
Linux命令行与HPC集群
SSH登录、Slurm作业提交、文件传输、环境变量配置。
LinuxHPC
06
输入文件详解(以VASP为例)
INCAR、POSCAR、POTCAR、KPOINTS编写规范与参数含义。
VASP输入文件
07
结构优化
晶格常数优化、原子位置弛豫、ISIF参数设置、收敛标准判断。
优化弛豫
08
静态计算与自洽迭代
NSW=0、NELMIN、EDIFF、自洽场(SCF)循环的收敛技巧。
SCF静态
09
能带结构与态密度(DOS)
能带路径选择、高对称点、DOS计算与投影分析。
能带DOS
10
弹性常数与力学性质
能量-应变方法、弹性矩阵计算、体模量/剪切模量推导。
弹性力学
11
声子谱与晶格动力学
Phonopy使用、有限位移法、声子色散、热力学稳定性判据。
声子Phonopy
12
热力学性质计算
德拜模型、准谐近似、自由能、熵、热容的温度依赖性。
热力学德拜
13
表面与界面建模
slab模型构建、真空层厚度测试、表面能计算、功函数。
表面slab
14
吸附能与催化活性描述
吸附位点搜索、吸附能计算、d带中心理论。
催化吸附
15
过渡态搜索与NEB方法
初末态构建、爬坡弹性带(CI-NEB)、能垒计算。
NEB过渡态
16
掺杂与缺陷工程
替位掺杂、间隙原子、空位形成能、电荷态与费米钉扎。
缺陷掺杂
17
高通量计算框架
Python脚本自动化、Pymatgen/Custodian使用、任务批量提交。
高通量Python
18
材料数据库与数据挖掘
Materials Project、OQMD、AFLOW的API调用与数据获取。
数据库API
19
机器学习势函数
DeepMD、MACE、NequIP原理简介，训练与验证流程。
机器学习势函数
20
相图与凸包分析
相稳定性、形成能凸包、三元相图绘制、亚稳相筛选。
相图凸包
21
带边位置与光催化筛选
绝对带边位置计算、pH影响、光吸收谱模拟。
光催化带边
22
离子电导率与固态电解质
NEB计算离子迁移路径、Arrhenius关系、激活能筛选。
电解质离子电导
23
热电材料性能评估
塞贝克系数、电导率、热导率的DFT+玻尔兹曼输运方程计算。
热电输运
24
拓扑材料与能带拓扑
拓扑绝缘体、Weyl半金属、Z2不变量、表面态计算。
拓扑Z2
25
二维材料筛选
层状结构剥离能、面内刚度、电子迁移率、带隙调控。
二维材料剥离
26
高熵合金与无序体系
特殊准随机结构(SQS)、虚拟晶体近似(VCA)、团簇展开。
高熵SQS
27
计算热力学与相变
CALPHAD方法、相场模拟与DFT的耦合、自由能曲线。
CALPHAD相变
28
实验验证与闭环反馈
XRD谱模拟、XPS结合能计算、与实验数据对比策略。
实验XRDXPS
29
论文图表制作与数据可视化
gnuplot、Matplotlib、VESTA渲染、高质量能带图。
可视化论文
30
综合实战项目：锂离子电池正极筛选
从文献复现到新材料筛选——设计锂离子电池正极材料的完整筛选流程。
实战电池项目