密度泛函到底算物理还是算化学?

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你上课的老师是APS的文章发得多,还是ACS的发得多呢?

这个事让我困惑了几十年,一帮盯元素周期表比化学家还盯得紧的,都说自己是理论物理专业。说自己是化学家丢脸了还是咋的?

DFT拿的不是化学奖吗?把各种元素排列组合炒菜不是化学家的工作?

好吧,咱都退一步,也不算物理,也不算化学,其实都是算材料。皆大欢喜吧,反正PR现在也有Materials了。

最早的时候,计算物理的发端是FPU解非线性振子,这是一个标准的经典力学问题。由此延伸而来,计算物理解决了许多悬而未决的不可积问题。

也不知从何时开始,计算物理课变成了VASP的宣讲会,软件手册成了计算物理教材,事情发生了根本性变化。

到如今,物理和化学的差别不再是理论的视角有什么不同,而变成了VASP和高斯的差别。物理成了无机化学,压得化学只能退守有机这块最后的阵地。

DFT早期吃理论物理的蛋糕,打得传统理论节节败退。大家都能发物理的杂志时还行,当传统理论被拒稿,掉下去就1.几时,材料计算不同啊,人家PRL被拒了,在材料那边随便找个10分上下的灌。最后一比IF,还怎么公平竞争?所以也就二十年时间,DFT的从业规模扩张了十倍不止,传统理论凝聚态就剩几个封建残余。

其实我倒不是酸,如果DFT在抢完第一桶金后能继续做大蛋糕也行啊,还能反哺一下被抢占的地盘。问题还是在于它抢完了之后自己也卷,最后又回到了烧钱烧人烧机时的经典炒菜模式,这我就觉得有问题。

前几年拓扑帮着续了一波命,硬生生把一个高大上的题目做成了找交点的小学生游戏。机器学习出来的时候基本都跟风跳进去,直到目前也没冒出大泡。

其实DFT中的物理问题并不少,加U啦、激发态啦、结构多样性啦,等等。简单能解决的早解决了,解决不了的,也看不到什么希望,现在就是这样一个尴尬状态。

其实物质科学的历史发展一直都是两条腿走路,相辅相成,波浪式前进。一条是物理的路,自下而上的路,先找简单情况,建立理想模型,再逐步向复杂体系推广。另一条是化学的路,自上而下的路,先从宏观唯象出发,再抽丝剥茧理清更多细节。从这个意义上讲,DFT出发点的确是物理。

但为什么拿的是化学奖?就因为这条用单分子单电子构筑物质的路,物理学家发现走不通。凝聚态看似继承了化学和固体物理的构筑原理思想,然而其最大的变革就是层展论框架下的准粒子图像。所有能用单电子基简单组合出来的准粒子,都被认为是平庸的。

正是底层框架的差异,导致DFT缺少自己的核。算超导,是人家先帮你把框架搭好,你去跑个声子谱就行,电子怎么配对的,不关你事。算拓扑,是人家先把陈数推好,你去跑个能带DOS就行,拓扑边缘态怎么无耗散,不关你事。

所以发展至今,DFT就向着数值实验的方向渐行渐远,那些搁置很久的硬核物理问题越来越没有解决的希望。那你说,它不就成了化学嘛。



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