Delivered at:: Department of Physics

Course type:: Compulsory course

When:: 1 year, 1, 2 module

Instructor

Щербинин Степан Александрович

Дополнительные материалы в LMS Задать вопрос

Аннотация

Расчёты на основе теории функционала плотности (ТФП) отличаются высокой степенью совпадения с экспериментом. Поэтому ТФП пользуется огромной популярностью среди исследователей во всём мире. Настоящий курс призван научить студентов пользоваться программными пакетами, реализующими расчёты на основе ТФП. Обучение проводится на примере программного пакета Quantum Espresso. В результате прохождения курса студенты научатся осуществлять ряд типовых задач: нахождение потенциальной энергии основного состояния кристалла, нахождение равновесной конфигурации кристалла, расчёт фононного спектра и оценка устойчивости структуры, расчёт механических свойств, температурные расчёты для оценка тепловой устойчивости структуры и др.Важной особенностью курса является то, что он не ограничивается только лишь практическими применениями ТФП. Курс призван объяснить студентам, что скрывается за программной оболочкой расчётных ТФП-пакетов: каковы теоретические основы используемых методов, какие приближения используются, а также каковы недостатки этих методов и ограничения.

Цель освоения дисциплины

Сформировать у студентов системное представление о физических и математических основах теории функционала плотности (ТФП), включая применяемые приближения и их ограничения.
Научить использовать современные программные комплексы для ab initio расчётов атомной структуры, фононных спектров, механических и термодинамических свойств кристаллических материалов, а также оценки их устойчивости.

Планируемые результаты обучения

Объясняет физический смысл базовых уравнений ТФП и природу используемых математических приближений.
Анализирует границы применимости метода и обосновывает выбор обменно-корреляционных функционалов и псевдопотенциалов под конкретную задачу.
Настраивает параметры вычислительной модели и готовит входные скрипты для программного пакета, реализующего расчёты на основе ТФП.
Проводит расчёты по оптимизации геометрии и определяет энергетически стабильную конфигурацию кристалла.
Вычисляет и интерпретирует фононные спектры для анализа структурной устойчивости материала.
Проводит количественную оценку механических характеристик и температурной стабильности на основе первопринципных расчётов.

Содержание учебной дисциплины

Теоретические основы и ограничения теории функционала плотности
Основное состояние и структурные свойства кристаллов
Динамика решетки, механические и тепловые свойства

Элементы контроля

Расчётное задание
Расчетное задание направлено на проверку практических навыков применения теории функционала плотности (ТФП) для первопринципного моделирования свойств кристаллических материалов.
Письменный экзамен

Промежуточная аттестация

2025/2026 2nd module
0.3 * Расчётное задание + 0.7 * Письменный экзамен

Список литературы

Авторы

Журихина Валентина Владимировна
Щербинин Степан Александрович

Master’s Programme 'Physics'

Contacts

Application of density functional theory to calculations of material properties: theoretical foundations and practical aspects

Instructor

Программа дисциплины