材料缺陷形成能第一性原理计算
📚 共计 30 章节
01
缺陷物理基础
点缺陷（空位、间隙、替位）、线缺陷（位错）、面缺陷（晶界、层错）的基本概念与分类。
点缺陷
位错
晶界
02
第一性原理基础
薛定谔方程、密度泛函理论（DFT）、交换关联泛函（LDA、GGA、杂化泛函）简介。
DFT
LDA
GGA
03
计算软件与流程
VASP、Quantum ESPRESSO等软件介绍，缺陷计算的标准流程（结构优化、静态计算、能量提取）。
VASP
QE
流程
04
超胞方法
超胞（Supercell）的构建原则、尺寸收敛性测试、k点网格与截断能测试。
超胞
收敛
k点
05
缺陷形成能公式
标准化学势法公式、费米能级与电荷态、形成能随费米能级的变化图。
化学势
费米能级
电荷态
06
化学势的确定
元素化学势的物理意义、富/贫极限的确定方法、相图与稳定区间。
化学势
相图
极限
07
电荷态与过渡能级
施主/受主缺陷、热力学电离能级（ε(q/q')）、电荷态转变能级图。
施主
受主
电离能级
08
修正方法
Makov-Payne修正、FNV修正、Lany-Zunger修正、各修正方法的适用场景与局限性。
MP修正
FNV
LZ
09
缺陷浓度计算
玻尔兹曼统计、缺陷浓度与温度的关系、平衡浓度计算。
玻尔兹曼
浓度
温度
10
迁移势垒与扩散
NEB方法简介、缺陷迁移路径、扩散系数计算。
NEB
扩散
势垒
11
光学性质与缺陷
缺陷能级的光学跃迁、发光中心、光吸收与发射谱计算。
光学跃迁
发光
光谱
12
自旋极化与磁性缺陷
自旋极化计算、磁矩、缺陷诱导的磁性。
自旋
磁矩
磁性
13
稀土与过渡金属掺杂
f电子与d电子的处理、DFT+U方法、U值的确定。
DFT+U
f电子
掺杂
14
表面与界面缺陷
表面重构、界面缺陷、Wulff结构、表面形成能。
表面
界面
Wulff
15
二维材料缺陷
石墨烯、MoS2等二维材料中的缺陷，真空层厚度测试，范德华修正。
二维材料
真空层
vdW
16
位错与晶界计算
位错芯结构、晶界能、杂质偏聚。
位错芯
晶界
偏聚
17
缺陷与载流子
载流子浓度、补偿效应、迁移率与缺陷散射。
载流子
补偿
散射
18
机器学习在缺陷预测中的应用
高通量计算、描述符、机器学习模型预测形成能。
机器学习
高通量
描述符
19
缺陷热力学数据库
Materials Project、AFLOW等数据库的使用，数据挖掘。
数据库
MP
AFLOW
20
辐照损伤模拟
初级碰撞、级联碰撞、缺陷产生与演化。
辐照
级联
损伤
21
缺陷与离子输运
固体电解质中的缺陷、离子电导率、NEB计算离子迁移。
离子输运
电解质
NEB
22
缺陷与催化
活性位点、d带中心理论、缺陷工程调控催化活性。
催化
d带中心
活性位点
23
缺陷与热电
声子散射、热导率降低、热电优值ZT。
热电
ZT
声子
24
缺陷与拓扑绝缘体
拓扑保护态、缺陷诱导的拓扑相变。
拓扑
绝缘体
相变
25
缺陷与超导
磁通钉扎、临界电流密度、缺陷对Tc的影响。
超导
钉扎
Tc
26
缺陷与铁电/多铁
铁电畴壁、缺陷钉扎、多铁耦合。
铁电
多铁
畴壁
27
缺陷与电池材料
锂离子电池中的缺陷、离子嵌入/脱出、体积膨胀。
电池
锂离子
体积膨胀
28
缺陷与储氢
氢吸附能、氢扩散、金属氢化物中的缺陷。
储氢
吸附
氢化物
29
缺陷与核材料
嬗变产物、氦泡、肿胀、辐照硬化。
核材料
氦泡
肿胀
30
综合案例实战
以GaN或ZnO为例，完整计算空位、间隙、替位缺陷的形成能，绘制形成能图，分析p型/n型掺杂可行性。
GaN
ZnO
p型/n型