材料是人类生存的物质基础，现在物理特别是量子力学的诞生，使得人们对物质的认识进入了原子级电子的尺度。随着科学技术的进步，尤其是大规模并行计算技术的发展，使得大尺度材料的计算机模拟成为可能。VASP和Lammps作为当下最流行的材料计算模拟软件，在材料计算模拟领域具备最广泛的国际认可度。

材料在生长制造过程中，会存在大量的微观缺陷（空位、杂质原子、团簇、位错等），这些微观缺陷会影响材料的性质，针对这一问题，本课程从微观和宏观两个方面分别讲述。在微观缺陷方面，利用VASP软件，针对材料缺陷的电子结构，光学性质，磁性，正电子湮没，电子自旋共振、核磁共振、热力学性质等讲授，不仅能解释相应的实验，还能分析其物理机理。

在力学性能计算方面，利用LAMMPS软件，可以对材料进行蠕变、应力弛豫、拉伸、压缩、剪切变形测试，计算材料的各种力学性能，包括剪切模量、弹性模量、杨氏模量等。同时结合分子动力学模拟以及机器学习方法，可以对晶体以及非晶的结构缺陷进行研究。

 

课程安排

2023年9月23日

9:00—10:20  材料缺陷计算

教学目标：了解材料缺陷及建模方法、结构优化、自洽总能、形成能和迁移势垒计算方法

1、缺陷介绍

2、体材料缺陷建模

3、二维材料缺陷建模

4、缺陷形成能计算

5、缺陷过渡态计算（NEB）

10:30—12:00 缺陷线性光学计算

教学目标：了解线性光学先计算方法，缺陷光学和能带对应分析

1、线性光学计算方法

2、VASP光学计算流程

3、光谱与电子结构分析

4、缺陷线性光学计算

12:00—12:30 Linux实际操作，VASP任务提交

解决本次课堂所有内容以及自己研究过程中遇到的问题

14:00—15:40 磁性及强关联性质计算

教学目标：了解固体磁性、VASP磁性计算流程、LDA+U计算

1、磁性简介

2、铁磁反铁磁计算

3、二维材料掺杂磁性离子计算

4、缺陷电荷分析

5、磁各向异性及自旋轨道耦合理论分析

6、强关联体系LDA+U计算

7、U值估算

15:50—17:00 缺陷光学计算

教学目标：了解缺陷光学的计算的方法

1、缺陷转变能级介绍

2、光学位形-坐标图介绍

3、缺陷价态转变光学及计算流程

4、自旋守恒光学转变

5、分子轨道理论分析及计算流程

17:00—17:30 互动在线答疑

解决课堂当天内容以及自己研究过程中遇到的问题

2023年9月24日

9:00—10:20 缺陷检测技术与理论计算（正电子湮没寿命、NMR、ESR）

教学目标：了解正电子湮灭谱学技术和湮灭寿命计算方法、ESR和NMR计算

1、缺陷常用的检测技术

2、正电子湮没谱学

3、正电子湮灭寿命计算

4、NMR介绍及计算

5、ESR介绍及计算

10:30—12:00 材料热力学性质介绍

教学目标：了解声子谱计算方法、phonopy的使用

1、声子谱

2、声子态密度

3、热容、自由能

4、热膨胀系数

5、电-声耦合相互作用计算

12:00—12:30 VASP实际操作

解决本次课堂所有内容以及自己研究过程中遇到的问题

14:00—15:30 材料力学性能计算模拟

1.1  Lammps简介

1.2  in文件参数介绍

1.3  材料的力学加载

实际操作：“材料的蠕变、应力弛豫、拉伸、压缩、剪切形变及伴随的力学特性分析”

1.4  材料的模量计算

15:40—17:00 机器学习介绍与材料结构缺陷计算

教学目标：了解机器学习方法研究材料的结构缺陷

2.1  机器学习方法简介

2.2  机器学习下的结构缺陷表征

2.3结构-性能关联

实际操作：“使用支持向量机方法构建非晶合金的结构-性能关联”

17:00—17:30 互动在线答疑

解决课堂当天内容以及自己研究过程中遇到的问题

 

讲师介绍：
成老师，2017年毕业于华东师范学物理与电子科学学院，获得理学博士学位。随后在南华大学工作。目前主要从事固体材料性质计算和正电子湮没理论计算程序开发及应用工作。截止目前为止，共发表SCI论文20余篇，相关工作在Appl. Phys. Lett., Angew. Chem. Int. Ed., Comput. Mater. Sci., J. Mater. Sci., Appl. Surf. Sci.等期刊上。
吴老师，2019年毕业于中国科学院物理研究所，获得博士学位。2019年至2021年期间于北京计算科学研究中心从事博士后工作，2021年入职于江苏科技大学。目前主要从事材料数据挖掘、机器学习、非晶合金构效关联等方面的工作。相关工作以第一作者在Acta Materialia, Scripta Materialia, Science China Materials等期刊上发表。