材料物理学研究方法 密度泛函理论： 密度泛函理论, Density functional theory (DFT) 是一种研究多电子体系电子结构的量子力学方法。密度泛函理论在物理和化学上都有广泛的应用，特别是用来研究分子和凝聚态的性质，是凝聚态物理和计算化学领域最常用的方法之一。 简介:密度泛函理论(Density Functional Theory，DFT)，是基于量子力学和玻恩-奥本海默绝热近似的从头算方法中的一类解法，与量子化学中基于分子轨道理论发展而来的众多通过构造多电子体系波函数的方法（如Hartree-Fock类方法）不同，这一方法构建在一个定理的基础上：体系的基态唯一的决定于电子密度的分布(Hohenberg-Kohn定理)，从而使得我们可以采用最优化理论，通过 KS-SCF自洽迭代求解单电子多体薛定谔方程来获得电子密度分布，这一操作减少了自由变量的数量，减小了体系物理量振荡程度，并提 高 了收 敛 速 度，并易 于通过应用 HF定理等 手 段 ，与分子动 力学模 拟 方法结合 ，构成 从头算的分子动 力学方法。这一方法在早 期 通过与金 属 电子论、周期 性边界条件及能带论的结合 ，在金 属 、半导体等 固体材料的模 拟 中取得了较大的成 功，后来被推广到其它若干领域。目前常见的基于 DFT的商业软件有：VASP，CASTEP等 。 Hohenberg-Kohn第二定理 密度泛函理论中的另一条重要定理是 Hohenberg-Kohn第二定理证，它证明了以基态密度为变量，将体系能量最小化之后就得到了基态能量。 最 初 的HK理 论 只 适 用 于 没 有 磁 场 存 在 的 基 态 ， 虽 然 现 在 已 经 被 推 广了 。最 初 的Hohenberg-Kohn定理 仅仅指出了 一一对应关系的 存 在 ， 但是没 有 提供任何这种精确的 对应关系。正是在 这些精确的 对应关系中存 在 着近似（这个理 论 可以被 推 广 到时间相关领域， 从而用 来计算激发态 的 性质[6]）。 Kohn-Sham方法 密度泛函理 论 最 普遍的 应用 是通过 Kohn-Sham方法实现 的 。 在Kohn-Sham DFT的 框架中， 最 难处理 的 多体问题（由于 处在 一个外部静电势中的 电子相互作用 而产生的 ）被 简化成了 一个没 有 相互作用 的 电子在 有效势场 中运动的 问题。这个有 效势场 包括了 外部势场 以及电子间库仑相互作用 的 影响， 例如， 交换和相关作用 。处理 交换相关作用 是 KS DFT中的难点。目前并没 有 精确...
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