围绕磁性材料与拓扑电子学的前沿研究方向，系统讲解第一性原理计算、蒙特卡洛方法、自旋动力学、紧束缚模型与拓扑电子结构分析等核心内容。课程注重代码实操与案例结合，适合从事凝聚态物理、磁性材料、自旋电子学、拓扑物态等领域的研究人员和研究生学习。通过本课程，学员将掌握从建模、计算到数据分析的全链条能力，助力高水平科研工作。

授课时间

2025年12月13日14日 9:00-12:00；14:00-17:00

课程详情

第一部分 第一性原理方法计算磁性材料的工具介绍
1. VASP 计算磁性材料参数设置和案例
a) 常见的磁性计算方法和具体内容
b) 不同的磁性态构建
c) Hubbard U方法，线性响应理论
d) 非线性磁
e) 固定磁距

2. python 数据后处理
a) VASP 的数据结构和处理原理
b) 态密度、能带计算与快速绘图
c) 能带投影: 特定原子的能带投影提取方法以及脚本实现、异质结能带的分层提取、3D能带绘图、spintexture绘图
d) 结构构建：挠曲结构、纳米管、异质结构建、转角摩尔结构、异质结确定最小匹配晶格等方法。

第二部分 磁性相关基础知识快速介绍

1. 磁性理论基础知识
a) 自旋哈密顿模型，如海森堡、xy、xxz、DMI等自旋模型
b) 晶体场效应、洪特耦合与磁性的关系

2. 自旋电子学领域的研究以及进展
自旋电子学领域的材料探索、交错磁、多铁材料

3. 从DFT中抽取哈密顿中的各项参数等
a) 能量mapping 方法、四态法、vasp+wannier90+TB2J方法
b) 抽取海森堡模型的磁耦合、单离子各向异性、交换各向异性、DMI参数等
 
第三部分 蒙特卡洛方法、LLG自旋动力学方法与微磁模拟
1. 蒙特卡洛方法的原理、案例
2. 磁性材料的温度效应：居里温度、磁化率、奈尔温度
3. 蒙特卡洛方法模拟铁磁材料
a) Ising 模型的铁磁居里温度模拟(含代码)
b) Ising 模型的反铁磁耐尔温度模拟(含代码)
c) 六角晶格的居里温度/奈尔温度、磁化率
4 常见的蒙特卡洛模拟软件使用教程
5  LLG 自旋动力学方法以及应用
a LLG 自旋动力学方法
b开源软件spirit使用教程
c 磁拓扑结构介绍、skyrmion、 meron、bimeron
d spirit 构建各种初始拓扑结构、模拟skyrmion、 meron

第四部分TB模型与电子结构的拓扑
1. TB 模型的原理、快读构建
2. 几个常见的TB模型哈密顿构建
a简单格子、四方格子、六角格子、Kagome、双层graphene的构建案例
b 交错磁TB模型
c 谷电子学
3. 通过代码构建TB模型、计算能带
4. 几个开源TB模型介绍和使用 pythtb、pybinding
a) pythtb 构建哈密顿计算能带、边界态、贝里曲率
b) pybinding 构建TB模型、不同的纳米盘、高阶拓扑
5. Slater Koster 方法介绍和应用
6. 量子反常霍尔效应、谷极化
a使用代码计算贝里曲率、陈数、Wilson loop
b 使用VASP+VaspBerry 计算贝里曲率、谷电子学案例

第五部分 案例整合
1. 通过VASP 计算材料的电子结构
2. 通过能量mapping 计算磁耦合
3. 通过蒙特卡罗方法计算相变温度
4. 使用LLG 方法计算Skyrmion
5. 使用VASP + VASPBerry 计算贝里曲率
6. 使用VASP + wannier90 + wannierTools 计算拓扑性

讲师介绍
张老师，高校教师，博士毕业南京大学，凝聚态物理专业。从事自旋电子学、铁电、压电、多铁、谷电子学、微磁学模拟等领域的理论研究。擅长使用VASP做数值计算，尤其在磁性材料方面，具有丰富的数值计算和模型计算经验。在拓扑绝缘体、磁性拓扑半金属、磁性谷电子学、压电材料等领域发表多篇学术期刊。 在Phys. Rev. B、Phys. Rev. Appl.、Appl. Phys. Lett.、 Appl. Phys. Rev.、 Adv. Func. Mater.、Nanoscale、PCCP、J. Phys. Conden. Matter等期刊发表学论文20多篇。运营公众号 ”计算凝聚态物理”，关注者2万多人。在拓扑电子学、磁性材料常见模型、第一性原理计算、数据处理shell脚本、哈密顿模型python代码、蒙特卡洛方法等发表原创推文300余篇。