[按需印刷] 第一性原理計算Heusler閤金 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

簡體網頁||繁體網頁

☆☆☆☆☆

於金，吳三械等著 著

圖書標籤:

• Heusler閤金
• 第一性原理
• 計算物理
• 材料科學
• 凝聚態物理
• 密度泛函理論
• DFT
• 按需印刷
• 閤金設計
• 材料計算

店鋪： 科學齣版社旗艦店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030489319

商品編碼：18597372014

包裝：平裝

開本：32

齣版時間：2016-06-01

頁數：236

字數：290

內容介紹
本書詳細介紹Heusler閤金和第*性原理計算的理論與實踐，以及第*性原理計算方法在Heusler閤金Ni2MnGa研究中的應用。主要內容包括Heusler閤金簡介、第*性原理計算基礎、Heusler閤金的晶體結構建模、Heusler閤金晶格常數的優化、Heusler閤金的四方變形計算、Heusler閤金的結構優化、Heusler閤金電子結構的計算、Heusler閤金彈性常數和體積模量的計算、Heusler閤金聲子譜綫的計算、Heusler閤金基於遺傳算法的晶體結構預測、Heusler閤金Pd2MGa(M=Cr, Mn, Fe)的第*性原理計算以及兩機並行計算實例詳解。

目錄
目錄
前言
第1章 Heusler閤金簡介1
1.1Heusler閤金的發現與發展1
1.2Heusler閤金晶體結構的特點3
1.2.1Heusler閤金晶體結構的一般特徵3
1.2.2Heusler閤金的種類和常見晶體結構3
1.2.3Heusler閤金的相變4
1.3Heusler閤金Ni2MnGa的研究進展5
1.4Heusler閤金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*性原理計算基礎27
2.1第*性原理計算概述27
2.2密度泛函理論簡介29
2.3第*性原理計算常用軟件32
2.4第*性原理計算可靠性的保證34
2.4.1收斂性測試34
2.4.2布裏淵區k點的選擇36
2.4.3交換關聯泛函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*性原理計算的一般步驟46
2.6高性能計算和操作係統49
參考文獻51
第3章 Heusler閤金的晶體結構建模54
3.1Heusler閤金Ni2MnGa(L21)結構建模54
3.1.1晶體結構實驗數據54
3.1.2晶胞的建模55
3.2Heusler閤金Ni2MnGa(四方)結構建模58
3.2.1晶體結構實驗數據58
3.2.2晶胞的建模60
參考文獻61
第4章 Heusler閤金平衡晶格常數的優化62
4.1Heusler閤金Ni2MnGa(L21)立方晶格常數優化(CASTEP)62
4.2Heusler閤金Ni2MnGa(L21)立方晶格常數優化（VASP，手動變晶格常數）65
4.3Heusler閤金Ni2MnGa(L21)立方晶格常數優化（VASP，自動變晶格常數）69
4.4Heusler閤金Ni2MnGa(L21)立方晶格常數優化(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閤金的四方變形計算76
5.1Heusler閤金Ni2MnGa四方變形方法及其實現76
5.2Heusler閤金Ni2MnGa四方變形過程中的能量與磁矩變化（CASTEP）77
5.3Heusler閤金Ni2MnGa四方變形過程中的能量與磁矩變化（VASP）82
5.4Heusler閤金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閤金的結構優化94
6.1晶體結構優化的理論基礎94
6.1.1晶體結構與晶體結構優化94
6.1.2實例：體心立方Fe的晶格常數優化與結構優化95
6.1.3優化方法簡介97
6.2Heusler閤金Ni2MnGa(L21)的結構優化(CASTEP)101
6.3Heusler閤金Ni2MnGa(四方)的結構優化(CASTEP)103
6.4Heusler閤金Ni2MnGa(L21)的結構優化（VASP）107
6.5Heusler閤金Ni2MnGa(四方)的結構優化（VASP）109
參考文獻110
第7章 Heusler閤金電子結構的計算111
7.1電子結構計算的理論基礎111
7.1.1能帶與態密度111
7.1.2電荷轉移115
7.1.3費米麵117
7.2Heusler閤金Ni2MnGa(L21)的電子結構計算(CASTEP)120
7.3Heusler閤金Ni2MnGa(四方)的電子結構計算(CASTEP)122
7.4Heusler閤金Ni2MnGa（L21）的電子結構計算（VASP）124
7.4.1靜態自洽計算124
7.4.2態密度非自洽計算125
7.4.3態密度分割及作態密度圖126
7.5Heusler閤金Ni2MnGa（四方）的電子結構計算（VASP）128
7.5.1靜態自洽計算128
7.5.2態密度非自洽計算128
7.5.3態密度分割及作態密度圖129
參考文獻130
第8章 Heusler閤金彈性常數和體積模量的計算131
8.1彈性常數及其計算131
8.1.1彈性常數簡介131
8.1.2彈性常數計算方法132
8.1.3Heusler閤金Ni2MnGa(L21)的彈性常數和體積模量簡介132
8.1.4Heusler閤金Ni2MnGa(四方)的彈性常數和體積模量簡介133
8.2Heusler閤金Ni2MnGa(L21)的彈性常數和彈性模量計算(CASTEP,應力-應變法)133
8.3Heusler閤金Ni2MnGa(四方)的彈性常數和彈性模量計算(CASTEP,應力-應變法)136
8.4Heusler閤金Ni2MnGa(L21)的彈性常數和彈性模量計算(VASP,應力-應變法)139
8.5Heusler閤金Ni2MnGa(L21)的彈性常數和彈性模量計算(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
8.5.5三個方程聯立求解150
8.6Heusler閤金Ni2MnGa(四方)的彈性常數和彈性模量計算(VASP,應力-應變法)150
8.7Heusler閤金Ni2MnGa(四方)的彈性常數和彈性模量計算(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
8.7.8六個方程聯立求解158
參考文獻159
第9 章Heusler閤金聲子譜綫的計算161
9.1PHONOPY軟件及聲子計算簡介161
9.2Heusler閤金Ni2MnGa(L21)的聲子譜綫計算(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生成聲子色散麯綫166
9.2.4生成聲子態密度167
9.2.5熱力學性質計算168
9.3Heusler閤金Ni2MnGa(L21)的聲子譜綫計算(VASP，DFPT)169
9.3.1計算過程169
9.3.2生成力常數文件〈FORCE-CONSTANTS〉170
9.3.3生成聲子色散麯綫170
9.3.4生成聲子態密度171
9.3.5熱力學性質計算171
9.4Heusler閤金Ni2MnGa(四方)的聲子譜綫計算(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生成聲子色散麯綫174
9.4.4生成聲子態密度175
9.4.5熱力學性質計算176
9.5Heusler閤金Ni2MnGa(四方)的聲子譜綫計算(DFPT)177
9.5.1計算過程177
9.5.2生成力常數文件〈FORCE-CONSTANTS〉179
9.5.3生成聲子色散麯綫179
9.5.4生成聲子態密度179
9.5.5熱力學性質計算180
參考文獻181
第10章 Heusler閤金基於遺傳算法的晶體結構預測183
10.1基於遺傳算法的晶體結構預測與USPEX183
10.2基於遺傳算法的Heusler閤金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數據處理194
10.2.4查看預測的Ni2MnGa晶體結構195
參考文獻196
第11章 Heusler閤金Pd2MGa(M=Cr,Mn,Fe)的第*性原理計算197
11.1基於遺傳算法的Pd2MGa結構預測197
11.2Pd2MGa晶格常數優化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的態密度計算205
11.4.1Pd2CrGa的態密度205
11.4.2Pd2MnGa的態密度206
11.4.3Pd2FeGa的態密度208
11.5Pd2MGa的彈性常數和彈性模量計算209
11.5.1Pd2CrGa(L21)的彈性常數和彈性模量計算209
11.5.2Pd2CrGa(四方)的彈性常數和彈性模量計算210
11.6Pd2MGa的聲子譜綫計算211
參考文獻214
第12章 兩機並行計算實例詳解215
12.1設置方法215
12.1.1基本設置215
12.1.2主機網絡功能設置216
12.1.3節點機網絡功能設置221
12.2配置檢查224
12.3並行計算測試225
參考文獻226


在綫試讀
第1章 Heusler閤金簡介
Heusler閤金體係的發現已有一百多年的曆史。由於曆史原因,Heusler閤金一直被認為是閤金，但是嚴格來講它們並不是閤金，而是一類獨特的金屬間化閤物。它們的成分多元，結構多型，性能獨特並具有良好的可控性，具有鐵磁性、形狀記憶效應、半金屬和熱電性能等豐富的物理特性，呈現齣重要的研究價值和廣闊的應用前景。本章講述Heusler閤金的發現與發展曆程，以及它們的晶體結構特徵和豐富的種類，並對具有代錶性的Heusler閤金Ni2MnGa的實驗研究、第*性原理計算研究以及晶體結構研究進行介紹。
1.1Heusler閤金的發現與發展
Heusler閤金是以19世紀德國冶金工程師、化學傢Heusler的名字來命名的。在1903年前後10年裏，Heusler發現瞭一係列的鐵磁閤金Cu2MnX(X=Al,In,Sn,Sb,Bi)，它們的磁性會隨著熱處理和化學成分的變化而發生明顯的改變［1］。例如，Cu2MnSn閤金的室溫飽和磁感應強度高達0.8T，比純鎳的0.6T高，但比純鐵的2.1T低。它們有一個令人驚奇的現象，閤金中所有原子都不是鐵磁性的，但其宏觀性質卻錶現齣明顯的磁性。由此看來，非鐵磁性元素經過有序化組閤後也可以呈現明顯的鐵磁性，這個新發現就是後來人們所熟知的Heusler閤金的原型。
Heusler閤金是某類特定的三元金屬間化閤物X2YZ或XYZ，它們的原子比為2∶1∶1或1∶1∶1，晶體結構為L21或C1b等，分彆被稱為Full-Heusler閤金或Half-Heusler閤金；其中，X與Y通常為過渡族金屬元素，Z為主族金屬元素。某些不完全符閤上述定義的閤金也被寬泛地認為是Heusler閤金，包括四元的形式為XX′YZ的閤金。另外，具有B2、DO3、A2結構的一些閤金也被認為是Heusler閤金。
盡管1903年Heusler就發現瞭Heusler閤金，但受當時結構測試儀器水平的限製，對其晶體結構並沒有進行詳細的瞭解。直到三四十年後纔開始瞭晶體結構測定方麵的研究。1934年，Bradley和Rodgers［2］確認Cu2MnAl閤金在室溫下具有L21的有序結構，由四個體心晶格套嵌而成，其晶格常數為5.95，其L21有序-B2無序相變溫度大約為910℃。1939年，Klyucharev［3］也對Heusler閤金的晶體結構和磁性進行瞭研究。後來，有文獻進一步研究瞭Heusler閤金Cu2MnAl等的居裏溫度［4,5］、磁矩及其來源［5,6］等。
1969年，Webster發錶瞭一篇題為Heusleraolloys的綜述文章，總結瞭過去幾十年裏Heusler閤金的研究成果，較為係統地討論瞭Heusler閤金的結構和磁性［7］。
之後，對Heusler閤金的研究經曆瞭很長一段時間的沉寂。轉摺發生在1983年，Groot等發現瞭NiMnSb的半金屬鐵磁性（half-metallicferromagnetism，HMF）［8］。他們在利用增強平麵波方法進行能帶計算時，發現NiMnSb的能帶結構很特殊，雖然與普通的鐵磁體一樣具有兩個不同的自鏇子能帶，但其中一個自鏇子能帶跨過費米麵呈金屬性，另一個能帶費米能級恰好落在價帶與導帶的能隙中，顯示齣半導體或絕緣體性質。因此，他們把具有這種能帶結構的物質稱為“半金屬”磁體。NiMnSb的半金屬鐵磁性隨後得到實驗證實［9］。接下來有更多的Heusler閤金被報道具有半金屬鐵磁性。
除瞭半金屬鐵磁性，Heusler閤金更是研究*多的鐵磁形狀記憶閤金（ferromagneticshapememoryalloy，FSMA）。鐵磁形狀記憶閤金指兼具鐵磁性和熱彈性馬氏體相變的形狀記憶閤金。與傳統磁緻伸縮材料相比，鐵磁形狀記憶閤金錶現齣更為巨大的磁緻應變；與傳統記憶閤金相比，記憶效應不僅能通過應力場和溫度場來控製，還可以通過磁場來控製，對外界作用的響應更加多樣化。
Heusler閤金Ni2MnGa是發現*早的鐵磁形狀記憶閤金。1993年，Vasilev等發現瞭Ni2MnGa閤金的鐵磁形狀記憶效應［10］。但國際上對鐵磁形狀記憶閤金的集中研究始於1996年，美國麻省理工學院Ullakko等在研究Ni2MnGa單晶時發現，在溫度265K、外加磁場8kOe的條件下，可以使單晶樣品在［001］方嚮産生大約0.2%的可恢復應變，這個應變由馬氏體相孿晶界的超彈性移動産生。該值接近稀土大磁緻伸縮材料，錶明Ni2MnGa閤金是一種響應頻率高、恢復應變大的磁性形狀記憶閤金［11］。
Heusler閤金同時還是近年來研究比較多的、具有較好熱電性能的熱電材料［12-14］。Heusler閤金熱電材料不僅具有良好的熱電性能，而且熔點高，化學穩定性好，同時所需要的金屬資源豐富，無毒無害，是環境友好型的應用前景廣闊的高溫熱電材料。
在Heusler閤金中存在大量拓撲絕緣體材料［15-17］。拓撲絕緣體材料體內的能帶結構是典型的絕緣體類型，在費米能處存在能隙；而在材料的錶麵則總是存在穿越能隙的狄拉剋型的電子態，因而其錶麵總是金屬性的。
Heusler閤金具有非常豐富的物理特性、重要的研究價值和廣闊的應用前景。至今，Heusler閤金體係的發現已有一百多年的曆史，而“Heusler閤金”以及“Heusler閤金的第*性原理計算”在近二十年再次成為研究的熱點，特彆是原子尺度的材料計算已經成為Heusler閤金的重要研究方法。
1.2Heusler閤金晶體結構的特點
1.2.1Heusler閤金晶體結構的一般特徵
100多年來，對Heusler閤金晶圖1.1Heusler閤金結構模型體結構的認識已經逐漸清晰。Heusler閤金的共有特點是高有序度，其晶體結構的一般特徵為立方結構，有四個原子占位，即A位、B位、C位和D位。Heusler閤金結構模型如圖1.1所示，可以看成由四個麵心立方結構的亞晶格沿立方結構對角綫位移1/4長度套構而成。
1.2.2Heusler閤金的種類和常見晶體結構
對於Heusler閤金的研究重點*初主要是由Cu和Mn組成的化閤物，後來通過置換原子，越來越多新的Heusler閤金體係被不斷開發和研究。目前，Heusler閤金的種類已經非常豐富，這主要有如下兩個方麵的原因。
（1）Heusler閤金的X、Y、Z元素可以具有多樣的選擇。閤金通式X2YZ中的X、Y元素一般是元素周期錶中的過渡元素Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn，以及排列在上述元素所在列下麵的過渡元素；通式中的Z元素一般是周期錶的IVA族，以及IVA族兩邊的IIIA族和VA族元素；此外，鑭係稀土元素也可以作為Y原子。由於X、Y、Z涉及元素眾多，可能的排列組閤就非常多。目前，研究較多的Heusler閤金有Co基、Cu基、Pd基和Ni基等閤金體係。
（2）Heusler閤金還可以不是嚴格意義上具有理想配比的閤金，即X、Y、Z原子配比可以調整，這樣將得到更多種的Heusler閤金。Heusler閤金的晶體結構由於X、Y、Z原子占位的不同而呈現多樣性。國內外文獻描述的常見Heusler閤金晶體結構有L21結構、C1b結構、B2結構、A2結構和DO3結構，它們采用的是Strukturbericht符號的空間群錶達方式，與國際空間群錶達方式之間的對應關係如錶1.1所示。
錶1.1Heusler閤金的常見晶體結構及其特點
ZHeusler閤金的常見結構及特徵如下。
(1)Heusler閤金L21結構，其A、B、C、D位上分彆由X、Y、X、Z原子占據，構成Full-Heusler閤金X2YZ，這也是Heusler閤金*常用的通式。
(2)Heusler閤金C1b結構，其A、B、C、D位上分彆由X、Y、空位、Z原子占據，構成Half-Heusler閤金XYZ。
(3)Heusler閤金B2過渡結構，其A、C位由X原子占據，B、D位上Y、Z原子以相同概率混亂占據，構成Full-Heusler閤金X2YZ。有序度比L21結構低，是一種從固溶體到金屬間化閤物的有序度相對較高的過渡結構。
(4)Heusler閤金A2過渡結構，所有原子以任意概率分布於四個陣點處，構成Full-Heusler閤金X2YZ。
(5)Heusler閤金DO3結構，其A、B、C、D位上分彆由X、X、X、Z原子占據，構成閤金X3Z。
1.2.3Heusler閤金的相變
Heusler閤金高度有序的L21結構會發生嚮其他結構的轉變。例如，在高溫下會發生嚮B2結構的轉變，在低溫下會發生各種馬氏體相變（四方相變、中間馬氏體相變、預馬氏體相變等），對它們晶體結構的確定仍然在探索之中。通過控製晶體結構、成分和熱處理工藝可以優化Heusler閤金的磁性等性能。以Ni2MnGa閤金為例，其馬氏體相存在多種晶體結構，通常可觀察到三種主要的馬氏體相結構，分彆是非調製四方結構（non-modulated，NM）、五層調製結構（five-modulated，5M）、七層調製結構（seven-modulated，7M）。其中，非調製四方結構的馬氏體相*穩定，其次是7M結構，而5M結構*不穩定。此外，不同結構的馬氏體相變開始溫度Ms也不同，非調製四方結構的*高，7M結構的次之，5M結構的*低。因此，Ni2MnGa馬氏體結構存在多樣性和復雜性。
綜上可見，Heusler閤金是一個大傢族，它們可以是X、Y、Z元素類型的改變，也可以是X、Y、Z原子配比的改變，由此而衍生齣非常豐富的Heusler閤金組成和結構。眾所周知，電子結構及其物理性能對組成和結構非常敏感，也就意味著容易改變和控製，因此不斷有Heusler閤金的新物理特性和應用被發現。事實上，對於Heusler閤金還有很大的閤金種類和結構空白有待開發。
1.3Heusler閤金Ni2MnGa的研究進展
Ni2MnGa是Heusler閤金大傢族中備受研究者青睞的一種體係，下麵就來介紹一些關於Ni2MnGa的重要實驗研究成果。1984年，Webster等采用磁化、磁化率、光學、X射綫衍射和中子衍射技術對Ni2MnGa閤金的晶體結構、磁性、伴隨馬氏體相變的錶麵金相觀察等進行瞭較為係統的研究［18］。實驗結果錶明室溫下存在高有序Ni2MnGa(L21)結構，晶格常數為a=5.825；測得鐵磁性Ni2MnGa閤金的居裏溫度為376K；測得在低溫4.2K時存在Ni2MnGa(四方)結構，晶格常數為a=b=5.920，c=5.566，c/a=0.94；鐵磁性Ni2MnGa閤金的總磁矩為4.17μB，並且主要由Mn原子提供，由Ni原子貢獻的磁矩小於0.3μB；溫度高於居裏溫度時，材料由鐵磁性轉變為順磁性，盡管Mn原子的磁矩大小基本不變，但磁矩方嚮變得雜亂無章，鐵磁性消失；正分配比Ni2MnGa單晶的馬氏體相變溫度約為202K，馬氏體相變時，晶體由立方結構轉變為四方結構。
1996年，Worgull等使用超聲波脈衝迴波技術來測量單晶的彈性常數，以及預馬氏體相變［19］。測得實驗樣品的密度ρ=8.13g/cm3；CL=250GPa，C44=103GPa，C′=4.50GPa；通過CL=1/2(C11+C12+C44)和C′=1/2(C11-C12)這兩個關係式，得到C11=152GPa,C12=143GPa。
Heusler閤金Ni2MnGa是*早發現的鐵磁形狀記憶閤金。目前開發齣的磁性形狀記憶閤金種類非常有限，而Ni2MnGa閤金在其中發現*早也是研究*多的。1996年，美國麻省理工學院Ullakko等研究瞭Ni2MnGa單晶在大磁緻應變時的行為［11］。測得Ni2MnGa(L21)的晶格常數為a=5.822；Ni2MnGa(四方)的晶格常數為a=b=5.90，c=5.44；由Ni2MnGa(L21)轉變為Ni2MnGa(四方)的馬氏體相變溫度Tm=276K；在溫度為265K、外加磁場為8kOe時，可以使單晶樣品在［001］方嚮産生大約0.2%的可恢復應變，這個應變由馬氏體相孿晶界的超彈性移動産生。
1999年，Brown等采用極化中子散射的方法來確認Ni2MnGa馬氏體相變時的未成對電子的分布情況［20］。研究發現，在從Ni2MnGa(L21)轉變為Ni2MnGa(四方)的過程中會發生磁矩從Mn嚮Ni的轉移；四方變形與Jahn-Teller效應有關。對實驗數據擬閤齣0K時，Ni2MnGa(L21)各元素的磁矩分彆為：Ni是0.24μB，Mn是2.74μB，Ga是-0.013μB;Ni2MnGa(四方)各元素的磁矩分彆為：Ni是0.36μB，Mn是2.83μB，Ga是-0.06μB。
1999年，Ma等利用低溫X射綫衍射裝置對Ni2MnGa閤金進行瞭高磁場下寬溫度範圍內的係統研究［21］。測得結果顯示：Ni2MnGa(L21)室溫下的晶格常數為a=5.832；Ni2MnGa(四方)10K時的晶格常數為a=b=5.925，c=5.563，c/a=0.94；由Ni2MnGa(L21)轉變為Ni2MnGa(四方)的馬氏體相變溫度Tm=204K；存在預馬氏體相變，相變溫度Tp=247K；施加磁場會改變Tm和Tp。
2000年，Pons等對成分範圍較寬的非計量比Ni-Mn-Ga閤金的各種馬氏體相的晶體結構進行瞭研究，得齣Ni-Mn-Ga閤金的調製結構5M、7M、10M和非調製結構NM的晶格參數［22］。
由於是在馬氏體相變溫度附近産生大應變，而正分配比的Ni2MnGa閤金的馬氏體相變溫度為202K左右，遠低於室溫，因此其實際應用受到很大的限製。但Ni2MnGa閤金的馬氏體相變對成分非常敏感，如果調整Ni、Mn、Ga原子配比，則偏分配比的Ni2MnGa閤金的馬氏體相變溫度會有不同程度的提高，會在200～400K範圍內變化。馬氏體相變變得復雜，齣現預馬氏體相變和中間馬氏體結構。為此，偏離化學計量比Ni2MnGa閤金的研究得到深入開展［22-24］。近年來在Ni2MnGa閤金馬氏體相變、磁感生應變和形狀記憶方麵的研究已經有所突破［25-30］，並且獲得初步應用。
在材料領域要取得科學與技術的顯著突破，關鍵在於能夠在原子或分子尺度理解並且調控物質的性質，而對於描述原子和分子量子行為的基本關係式——薛定諤方程，第*性原理是一種很好的求解方法。目前，由於相關基礎理論和計算方法的快速發展，特彆是計算機計算能力的極大提高，第*性原理已經成為材料研究的重要方法，從過去僅為少數化學傢和物理學傢掌握的一種專業科學，迅速發展成為物理學、化學、材料學和化學工程等領域研究人員的常用工具。十餘年來，對Heusler閤金的第*性原理計算研究的內容已經非常豐富，下麵就來介紹第*性原理計算在Ni2MnGa閤金研究中的應用。
2002年，Enkovaara等發錶瞭一篇開拓性地用第*性原理計算研究Ni2MnGa閤金的文章［31］。其中，計算瞭Ni2MnGa(L21)、Ni2MnGa(c/a=1.27)和Ni2MnGa(c/a=0.94)三種結構的電子自由能和振動自由能；比較四方變形時不同相的自由能大小發現，溫度下降到200K以下時，發生從立方Ni2MnGa(L21)嚮四方Ni2MnGa(c/a=1.27)的轉變；從立方Ni2MnGa(L21)轉變為四方Ni2MnGa(c/a=1.27)的驅動能是振動自由能；計算瞭四方Ni2MnGa(c/a=0.94)的磁各嚮異性能量。
2002年，Ayuela等研究瞭四方變形。研究發現，存在亞穩定四方結構，c/a=0.94；中子衍射實驗也錶明，四方變形後Ni原子周圍的電子密度發生重新分布［32］。

《材料科學新視界：第一性原理計算在Heusler閤金研究中的應用》 一、 時代浪潮下的材料探索 在21世紀的今天，新材料的開發與應用已成為驅動科技進步和社會發展的核心引擎。從信息技術到新能源，從生物醫藥到航空航天，高性能材料的需求層齣不窮，而滿足這些需求的根本途徑，在於對材料微觀結構、電子行為及其宏觀性質之間內在聯係的深刻理解。傳統的材料設計與研究方法，在很大程度上依賴於實驗試錯和經驗積纍，效率相對低下，且難以精確預測新材料的性能。 近年來，計算材料科學的飛速發展，為材料研究帶來瞭革命性的變革。其中，基於量子力學的第一性原理計算（First-Principles Calculations），因其能夠從原子和電子的基本規律齣發，無需任何實驗擬閤參數，直接預測材料的性質，受到瞭廣泛關注。它猶如一雙“慧眼”，能夠穿透材料的錶象，洞察其內在的電子世界，從而為材料的設計與優化提供強大的理論支撐。 二、 Heusler閤金：一顆冉冉升起的新星 在眾多材料體係中，Heusler閤金以其獨特的晶體結構和豐富多樣的物理化學性質，吸引瞭研究者的目光。Heusler閤金是一類具有L21（或其衍變如C16、HGus）晶體結構的化閤物，其基本化學式為XYZ或XYZ2。早期的Heusler閤金主要因其磁性而聞名，許多Heusler閤金錶現齣優異的鐵磁性，為磁性材料領域的發展做齣瞭貢獻。然而，隨著研究的深入，人們發現Heusler閤金傢族的潛力遠不止於此。 它們不僅在磁性材料領域大放異彩，還展現齣在拓撲材料、半導體、形狀記憶閤金、熱電材料、催化劑等多個方嚮上的巨大應用前景。例如，一些Heusler閤金是重要的磁性半導體，可以用於自鏇電子器件；另一些則錶現齣優良的拓撲能帶結構，是構建拓撲量子計算和拓撲器件的候選材料；還有的Heusler閤金在高溫下錶現齣顯著的形狀記憶效應，是先進的智能材料。這種多功能性使得Heusler閤金成為材料科學研究中一個極具吸引力的平颱。 三、 第一性原理計算：解鎖Heusler閤金的奧秘 盡管Heusler閤金展現齣迷人的應用前景，但要對其進行係統性的研究和定嚮設計，仍然麵臨著巨大的挑戰。實驗閤成過程復雜，材料種類繁多，且許多新穎的Heusler閤金體係的性質尚未被充分探索。此時，第一性原理計算便成為瞭解決這些問題的關鍵利器。 第一性原理計算，顧名思義，是從最基本的物理原理齣發，通過求解描述電子行為的量子力學方程（如密度泛函理論DFT），來預測材料的能量、結構、電子態、光學性質、磁性、熱學性質等一係列宏觀和微觀特性。其核心優勢在於： 理論指導的精確性： 避免瞭實驗中因製備工藝、樣品純度等因素帶來的不確定性，計算結果具有更高的精確度和可重復性。 高效的材料篩選： 能夠快速評估大量候選材料的性質，識彆齣具有潛在應用價值的材料，大大縮短瞭材料研發周期。 微觀機製的揭示： 能夠深入理解材料的性能來源，解析電子結構、化學鍵閤、晶格振動等微觀因素如何影響宏觀性質，為材料設計提供深刻的物理洞察。 復雜體係的研究： 能夠處理實驗上難以閤成或錶徵的材料體係，如高壓相、界麵、缺陷等，拓展瞭研究的邊界。 在Heusler閤金的研究中，第一性原理計算的應用貫穿瞭材料探索的各個環節： 新材料設計與預測： 通過計算不同元素組閤形成的Heusler閤金的穩定性、形成能，可以預測哪些組閤是可能存在的，並進一步評估其潛在的磁性、導電性、拓撲特性等。例如，研究者可以係統地考察不同主族和過渡族元素的組閤，設計具有特定磁矩或能帶結構的Heusler閤金。 結構-性能關係的深入理解： 計算可以精確給齣Heusler閤金的晶體結構參數、原子位置，並關聯這些結構特徵與材料的宏觀性質。例如，分析晶格常數的變化如何影響其磁轉變溫度，或者原子序的改變如何影響其能帶隙。 電子結構與性質的關聯： 密度泛函理論計算能夠精確描繪Heusler閤金的電子密度分布、能帶結構、態密度等，揭示電子的排布和運動規律。這些信息直接關聯到材料的磁性（如居裏溫度、磁矩）、導電性（金屬、半導體、絕緣體）、光學性質（吸收光譜、摺射率）以及催化活性等。例如，通過分析費米能級附近的電子態，可以預測材料的導電性能，或是否錶現齣魯棒的拓撲錶麵態。 缺陷與非化學計量對性能的影響： 實際材料中普遍存在的缺陷（如空位、填隙原子、取代雜質）以及非化學計量比，會顯著影響材料的性能。第一性原理計算可以模擬這些缺陷的存在，評估它們對Heusler閤金磁性、電學以及穩定性等的影響，為材料的優化和性能調控提供指導。 界麵與錶麵效應的研究： 在器件應用中，材料的界麵和錶麵起著至關重要的作用。計算可以研究Heusler閤金與其它材料形成的異質結界麵的電子結構和相互作用，揭示其在自鏇電子器件、催化劑錶麵的行為，為設計高效的界麵工程提供理論依據。 熱力學與動力學行為的預測： 除瞭靜態性質，第一性原理計算還能結閤分子動力學模擬，研究Heusler閤金在不同溫度下的相變行為、擴散機製、機械性能等，為材料的加工和應用提供熱力學和動力學方麵的預測。 四、 結語：開啓Heusler閤金研究的新篇章 《第一性原理計算Heusler閤金》的研究，正是站在瞭計算材料科學與Heusler閤金研究的前沿。本書將係統地闡述如何運用第一性原理計算的強大工具，深入探索Heusler閤金傢族的奇妙世界。它不僅將為材料科學傢、凝聚態物理學傢、化學傢提供一套行之有效的研究方法和理論框架，更將為Heusler閤金在新一代電子器件、能源材料、先進功能材料等領域的實際應用，鋪就堅實的理論基石。通過精密的理論計算，我們將能夠更深刻地理解Heusler閤金的本質，更高效地設計齣具有前所未有性能的Heusler閤金材料，從而為人類社會的可持續發展貢獻力量，開啓材料科學研究的嶄新篇章。

評分☆☆☆☆☆

我被這本書的書名所吸引，因為它結閤瞭我一直以來非常關注的兩個領域：“Heusler閤金”和“第一性原理計算”。Heusler閤金，作為一類非常有趣的材料，其獨特的晶體結構和豐富的物理性質，比如磁性、熱電性能、形狀記憶效應等，一直是我研究的重點。而“第一性原理計算”，則是我認為能夠深入理解和預測這些材料性質的最根本、最強大的工具。我設想這本書會深入淺齣地講解如何運用第一性原理計算，比如密度泛函理論（DFT），來探索Heusler閤金的微觀結構、電子行為、磁學特性以及其他關鍵的物性。我希望它能提供一些實際的計算案例，例如如何通過計算來設計具有特定功能的Heusler閤金，或者如何解釋實驗中觀察到的現象。這本書的“按需印刷”形式，也讓我覺得它能夠非常及時地反映最新的研究進展，避免瞭傳統齣版物可能存在的滯後性。

評分☆☆☆☆☆

我對這本書的期待，很大程度上源於它所涉及的“第一性原理計算”這一關鍵詞。我知道，這個計算方法是基於量子力學基本原理，無需藉助實驗數據或經驗參數，直接從原子和電子的相互作用齣發進行模擬和預測。這對於研究新型材料的性質，尤其是那些尚未被廣泛閤成或研究的Heusler閤金來說，無疑是一種強大的工具。我曾閱讀過一些關於第一性原理計算在其他材料領域應用的科普文章，它們常常能揭示材料深層次的物理機製，這讓我對這本書在Heusler閤金上的應用充滿瞭想象。我希望這本書能夠詳細介紹如何利用第一性原理計算來模擬Heusler閤金的晶格結構、能帶結構、態密度、磁矩以及其他關鍵的物理性能。同時，我也希望它能提供一些實際的計算案例，比如如何使用DFT（密度泛函理論）等常見的計算軟件來研究特定Heusler閤金的性質，以及如何解讀計算結果，並將其與實驗數據進行對比。對於我這樣一名對計算材料學充滿熱情但缺乏實際操作經驗的讀者而言，這本書的指導意義將是巨大的。

評分☆☆☆☆☆

這本書的書名“第一性原理計算Heusler閤金”立刻吸引瞭我的注意力，因為我一直對材料的微觀結構如何決定宏觀性質這一主題深感興趣。Heusler閤金，作為一個傢族，其獨特的結構和多樣的物理性質（如磁性、半導體特性等）本身就極具研究價值。而“第一性原理計算”則代錶瞭一種最根本、最科學的研究方法。我設想這本書會從Heusler閤金的基本晶體結構入手，深入剖析其電子排布和相互作用。然後，它會詳細闡述如何利用第一性原理計算，例如密度泛函理論，來精確預測這些閤金的各項物理性質，包括但不限於磁矩、居裏溫度、比熱容、導電性、甚至可能的功能性（如形狀記憶效應、巨磁阻效應等）。我希望這本書能夠提供一些關於如何構建Heusler閤金模型、設置計算參數、以及分析計算結果的實用指南。更重要的是，我期待它能展現第一性原理計算在發現和設計新型Heusler閤金方麵的潛力，幫助研究人員加速新材料的研發進程。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計很有吸引力，采用瞭一種深邃的藍色背景，點綴著抽象的晶體結構圖形，給人一種嚴謹而又充滿未來感的視覺衝擊。雖然我還沒有機會翻閱書中的具體內容，但光是這個封麵設計，就足以激起我對“Heusler閤金”這個領域的強烈好奇心。我一直對材料科學，尤其是具有特殊磁性或電學性質的材料非常感興趣。Heusler閤金這個名字，對我來說既熟悉又陌生，我知道它在某些領域有著重要的應用，但具體的計算方法和理論基礎卻知之甚少。這本書的齣現，似乎為我打開瞭一扇瞭解這些前沿技術的大門。我設想這本書會深入探討第一性原理計算在Heusler閤金研究中的具體應用，比如如何通過量子力學的方法預測其結構、電子性質、磁學性質，甚至可能是熱力學穩定性。這種“按需印刷”的模式，也讓我覺得這本書的內容會非常新穎和及時，能夠反映最新的研究進展，而不是陳舊過時的信息。我期待它能用清晰易懂的語言，將復雜的理論概念解釋清楚，即使對於非專業背景的讀者，也能有所啓發。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對材料科學前沿研究有濃厚興趣的學習者，我一直關注著各種新型材料的開發及其背後的計算方法。Heusler閤金以其獨特的結構和豐富的物性，例如磁性、半導體特性、形狀記憶效應等，在許多高科技領域都扮演著重要角色。而“第一性原理計算”，作為一種基於量子力學原理的強大計算工具，無疑為深入理解和預測Heusler閤金的性質提供瞭關鍵的理論基礎。我非常期待這本書能夠詳細介紹如何利用第一性原理計算來係統地研究Heusler閤金，例如預測其穩定結構、電子能帶、磁交換相互作用、相變行為，以及如何通過計算手段來優化其性能，從而為實驗研究和實際應用提供有力的指導。這本書的“按需印刷”模式，也讓我感覺到它會是一本非常聚焦、內容精煉的讀物，能夠快速幫助讀者掌握相關知識。