带电体系的能量与电子结构

无论是催化还是电池研究，又或是环境化学，带电体系几乎无时不刻都会遇到，而我们从中学就知道，两个带电粒子靠近就有静电作用。这在周期结构计算时就是个大问题，因为带电周期体系就会出现自己对自己产生静电排斥作用，导致体系能量偏高。撇开能量，这种自作用在电子结构计算中还会出现鬼态，导致对带电半导体缺陷的研究出现显著偏差。所以，准确计算必须对这个予以扣除。麻烦在于，绝大部分带电体系（离子、表面或块体）所带电荷并非点电荷，因此扣除过程并不轻松。起码有两个难点：周期单元会存在无穷多个自作用，同时这种自作用会影响密度泛函对电子密度的优化计算。正因为这个挑战，自洽极化修正（SCPC）的密度泛函计算，在过去30年里不断被提高、改进。目前SCPC方法已经能在VASP软件中得以实现。对于这个问题，老司机自己吃过很多苦头，从最基本的金属离子吸附能都算不准，到复杂一点的阴离子处理，都是错误不断。为了让初学者少走弯路，老司机通过整理三大类带电体系（孤立离子/官能团、表面体系、块体缺陷结构），来介绍带电体系计算，包括能量与电子结构。小班课延续老司机一贯特点，理论配合实际操作，通过案例学习建模、计算参数、方法理论与数据分析，通过浸入式学习，用案例带动理论和方法学习！