晶体材料基因组问题第一原理计算研究

摘要

美国总统奥巴马于2011年6月发布了主要依靠先进计算机科学运算能力,以较小投入实现新材料研发速度倍翻为目标的材料基因组国家研究计划.根据对该问题的认知程度,本文首先简要地讨论了材料基因和材料基因组的起源、科学含义和研究意义,及其材料基因组研究对于材料科学和人类社会发展所可能产生的重要影响.然后,介绍了本课题组近10余年来所进行的采用第一原理计算方法研究晶体材料基因组相关基础问题的一些工作进展情况;重点介绍了晶体结构优化,弹性模量、电子与介电参数、晶体热膨胀系数等物理参数的计算,以及固体相变和固体中的粒子输运性质模拟等方面的第一原理计算理论研究方法的实现技术;讨论了相关研究针对低维晶体材料的算法扩展问题.