钢铁材料的第一性原理研究进展.pdfVIP

· 124 · 材料导报 A：综述篇 2013年 2月(上)第27卷第 2期 钢铁材料 的第一性原理研究进展 王 东，曹建春 ，周晓龙，邓 蕾 (昆明理工大学材料科学与T程学院，昆明 650093) 摘要 简要介绍了第一性原理计算的发展历史，综述了近年来第一性原理计算在钢铁材料中的研究现状，主 要总结了钢铁基体、晶体缺陷、钢铁中第二相3个方面相关性质的第一性原理计算的进展，并提出了在钢铁材料领域 第一性原理研究存在的问题和建议。 关键词 钢铁材料 密度泛函理论 第一性原理 计算模拟 中图分类号：TGl42．1+5 文献标识码 ：A AdvancesinFirstPrinciplesStudyon IronandSteelM aterials WANG Dong，CAO Jianchun，ZH()U Xiaolong，DENG Lei (SchoolofMaterialsScienceandEngineering，KunmingUniversityofScienceandTechnology，Kunming65()093) Abstract Thedevelopmenthistoryoffirstprinciplesisintroduced，andthepresentresearchorirollaildsteel materialsinfirstprinciplesisreviewed．Thepropertiesofmatrixstructure，crystaldefectsand secondary phasein steelusingfirstprinciplescalculationaresummarized．ThebasicproblemsaridsuggestionsaboutfirstprinciplesO11i ronandsteelmateriaIarealsoproposed． Keywords ironandsteelmaterial，densityfunctionaltheory，firstprinciples，calculatingsimulati()n 第一性原理 (Firstprinciples)计算 (即从头算)只用 电子 二相的模拟计算 。 质量、光速、质子中子质量等少数实验数据进行量子计算而 1 第一性原理的发展及应用概况 不依赖任何经验参数即可合理预测微观体系的状态和性质。 第一性原理计算方法有半经验方法不可 比拟 的优势，因为它 第一性原理的发展首先要从量子力学说起。作为2()世 只需要知道构成微观体系各元素的原子序数 ，而不需要任何 纪物理学的三大革命性突破之一 ，量子力学是在 I_『I 子沦的 其他的可调(经验和拟合)参数 ，就可以应用量子力学计算 基础上发展起来的。旧量子论包括普朗克的量子假说、爱 该微观体系的总能量、电子结构等物理性质。一方面，第一 斯坦的光量子理论和玻尔的原子理论 ，}}f于 }【]量子论 能令 性原理计算是对真实实验的补充，通过计算可 以使被模拟体 人满意 ，人们在寻找微观领域的规律时 ，从 2条不同的道路 系的特征和性质更加接近真实的情况 ；另一方面 ，与真实的 建立了量子力学 。1925年 w．K．Heisenberg 基于物理 实验相 比，第一性原理计算还能更快地设计出符合要求的实 论只处理可观察量 的认识，抛弃 小可观察的轨道慨念。斤 验。随着计算机硬件的不断发展和理论的不断完善，第一性 从可观察 的辐射频率及其强度 发 ，创立了量子 学的矩 l5午 原理的计算精度和计算效率越来越高。近年来 ，第一性原理 形式。1926年E．Schrodinger 基于量子性是微观体系波动 计算在材料设计、合成 、模拟和评价诸多方面有许多突