课程大纲

COURSE SYLLABUS

课程代码/名称

Course Code/Title

Computational Materials Science/计算材料学 MSE5021

课程性质

Compulsory/Elective

专业选修课 (Specialty Elective Course)

课程学分/学时

Course Credit/Hours

3 学分/48 学时

授课语言

Teaching Language

English

授课教师

Instructor(s)

罗光富

是否面向本科生开放

Open to undergraduates

or not

是

先修要求

Pre-requisites

本科生：以下课程修过其中一门：MSE203 晶体学、MSE310 半导体材料与器件、

EE203 固态电子学、PHY321-15 固体物理、PHY326-15 半导体物理与器件

研究生：无

教学目标

Course Objectives

（1）学习计算材料学的基础理论：掌握密度泛函理论、分子动力学方法及多体量子力学方法的基本知识；

（2）能够利用主流的科学软件获得可靠的计算结果；

（3）能够通过计算方法解决几个具体领域中的关键问题；

（4）通过英语教学，增强专业英语能力，能够阅读英语专业文献

教学方法

Teaching Methods

课堂讲授、上机实习

10.

教学内容

Course Contents

Section 1

第一章：计算材料科学概述

1. 理解计算材料学在当今材料科学研究中的重要作用

2. 熟悉目前的主流方法、主要数据库资源

Section 2

第二章：密度泛函基础

1. 理解密度泛函方法的基础理论：Hohenberg-Kohn 定理

2. 熟悉密度泛函方法所采用的 Kohn-Sham 方程

3. 熟悉常用的交换关联函数以及局限性。

4. 了解晶体和分子计算时的重要参数

Section 3

第三章：密度泛函方法上机实习

1. 熟悉 VASP 程序的主要输入、输出文件，主要参数

2. 掌握利用 VASP 程序完成能量和力常数计算、结构优化、收敛

测试

3. 掌握态密度、磁矩、杨氏模量、介电常数、势垒、光学性质、

能带的计算

Section 4

第四章：分子动力学基础

1. 理解波恩-奥本海默近似是分子动力学的基本近似

2. 理解分子动力学的主要优点是能包含有限温度下的复杂相互作

用，局限在于模拟的时空尺度有限

3. 掌握 NVT, NPT, NVE 模拟的区别

4. 了解分子动力学模拟所能获取的性质

Section 5

第五章：分子动力学方法上机实习

1.掌握使用 VASP 软件完成第一性原理的分子动力学模拟材料的

振动性质

2.掌握使用 Lammps 软件完成经典分子动力学模拟表面反应、扩

散过程

Section 6

第六章：多体量子力学方法简介

1. 熟悉 GW 方法计算能带的流程

2. 熟悉 BSE 方法计算吸收光谱的流程

Section 7

第七章：多体量子力学方法上机实习

1. 使用 VASP 程序准确计算晶体材料的能带，并与密度泛函方法

以及实验结果做比较

2. 使用 VASP 程序准确计算晶体材料、分子的吸收光谱，并与密

度泛函方法以及实验结果做比较

11.

课程考核

Course Assessment

1. 出勤 15 分（前 3 次缺课不扣分，超过 3 次后，每缺一次扣一分，直至扣完）

2. 平时作业 55 分

3. 期末考试 30 分

12.

教材及其它参考资料

Textbook and Supplementary Readings

1. Introduction to Solid State Physics, Charles Kittel

2. Density Functional Theory: A Practical Introduction, Sholl & Steckel

3. Materials Modelling using Density Functional Theory: Properties and Prediction, Feliciano Giustino