第一性原理能够在电子和原子层次上揭示材料结构与性能的本质，已成为材料计算与设计的重要方法手段。本书介绍了第一性原理的基础理论，及其在Heusler合金研究中的应用。本书共11章，第1章为绪论，第2章介绍Heusler合金的研究历史与现状，第3章介绍第一性原理计算基础，介绍第4章第一性原理计算常用软件，第5章介绍Heusler合金基于遗传算法的晶体结构预测，第6章为Heusler合金晶格常数的优化，第7章介绍Heusler合金磁矩的计算，第8章为Heusler合金态密度的计算，第9章介绍Heusler合金弹性常数的计算，第10章介绍Heusler合金声子谱线的计算，第11章介绍Heusler合金相变的计算。本书基于作者多年“Heusler合金研究”和“第一性原理计算”工作积累撰写而成。本书可供从事材料计算与设计的教师、科研人员、研究生、本科生提供有价值的指导和参考。
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目录
前言
第1章 Heusler合金简介1
1.1Heusler合金的发现与发展1
1.2Heusler合金晶体结构的特点3
1.2.1Heusler合金晶体结构的一般特征3
1.2.2Heusler合金的种类和常见晶体结构3
1.2.3Heusler合金的相变4
1.3Heusler合金Ni2MnGa的研究进展5
1.4Heusler合金Ni2MnGa的晶体结构10
1.4.1Ni2MnGa(L21)晶体结构10
1.4.2Ni2MnGa(四方)结构16
参考文献19
第2章 第一性原理计算基础27
2.1第一性原理计算概述27
2.2密度泛函理论简介29
2.3第一性原理计算常用软件32
2.4第一性原理计算可靠性的保证34
2.4.1收敛性测试34
2.4.2布里渊区k点的选择36
2.4.3交换关联泛函38
2.4.4化学势的计算：元素单掺41
2.4.5化学势的计算：元素共掺45
2.5第一性原理计算的一般步骤46
2.6高性能计算和操作系统49
参考文献51
第3章 Heusler合金的晶体结构建模54
3.1Heusler合金Ni2MnGa(L21)结构建模54
3.1.1晶体结构实验数据54
3.1.2晶胞的建模55
3.2Heusler合金Ni2MnGa(四方)结构建模58
3.2.1晶体结构实验数据58
3.2.2晶胞的建模60
参考文献61
第4章 Heusler合金平衡晶格常数的优化62
4.1Heusler合金Ni2MnGa(L21)立方晶格常数优化(CASTEP)62
4.2Heusler合金Ni2MnGa(L21)立方晶格常数优化（VASP，手动变晶格常数）65
4.3Heusler合金Ni2MnGa(L21)立方晶格常数优化（VASP，自动变晶格常数）69
4.4Heusler合金Ni2MnGa(L21)立方晶格常数优化(ELK)71
4.4.1ELK软件简介72
4.4.2计算过程72
参考文献75
第5章 Heusler合金的四方变形计算76
5.1Heusler合金Ni2MnGa四方变形方法及其实现76
5.2Heusler合金Ni2MnGa四方变形过程中的能量与磁矩变化（CASTEP）77
5.3Heusler合金Ni2MnGa四方变形过程中的能量与磁矩变化（VASP）82
5.4Heusler合金Ni2MnGa四方变形过程中的能量与磁矩变化（ELK）87
参考文献93
第6章 Heusler合金的结构优化94
6.1晶体结构优化的理论基础94
6.1.1晶体结构与晶体结构优化94
6.1.2实例：体心立方Fe的晶格常数优化与结构优化95
6.1.3优化方法简介97
6.2Heusler合金Ni2MnGa(L21)的结构优化(CASTEP)101
6.3Heusler合金Ni2MnGa(四方)的结构优化(CASTEP)103
6.4Heusler合金Ni2MnGa(L21)的结构优化（VASP）107
6.5Heusler合金Ni2MnGa(四方)的结构优化（VASP）109
参考文献110
第7章 Heusler合金电子结构的计算111
7.1电子结构计算的理论基础111
7.1.1能带与态密度111
7.1.2电荷转移115
7.1.3费米面117
7.2Heusler合金Ni2MnGa(L21)的电子结构计算(CASTEP)120
7.3Heusler合金Ni2MnGa(四方)的电子结构计算(CASTEP)122
7.4Heusler合金Ni2MnGa（L21）的电子结构计算（VASP）124
7.4.1静态自洽计算124
7.4.2态密度非自洽计算125
7.4.3态密度分割及作态密度图126
7.5Heusler合金Ni2MnGa（四方）的电子结构计算（VASP）128
7.5.1静态自洽计算128
7.5.2态密度非自洽计算128
7.5.3态密度分割及作态密度图129
参考文献130
第8章 Heusler合金弹性常数和体积模量的计算131
8.1弹性常数及其计算131
8.1.1弹性常数简介131
8.1.2弹性常数计算方法132
8.1.3Heusler合金Ni2MnGa(L21)的弹性常数和体积模量简介132
8.1.4Heusler合金Ni2MnGa(四方)的弹性常数和体积模量简介133
8.2Heusler合金Ni2MnGa(L21)的弹性常数和弹性模量计算(CASTEP,应力-应变法)133
8.3Heusler合金Ni2MnGa(四方)的弹性常数和弹性模量计算(CASTEP,应力-应变法)136
8.4Heusler合金Ni2MnGa(L21)的弹性常数和弹性模量计算(VASP,应力-应变法)139
8.5Heusler合金Ni2MnGa(L21)的弹性常数和弹性模量计算(VASP,能量-应变法)141
8.5.1计算思路141
8.5.2方程C44的计算141
8.5.3方程C11+C12的计算146
8.5.4方程32(C11+2C12)的计算148
8.5.5三个方程联立求解150
8.6Heusler合金Ni2MnGa(四方)的弹性常数和弹性模量计算(VASP,应力-应变法)150
8.7Heusler合金Ni2MnGa(四方)的弹性常数和弹性模量计算(VASP,能量-应变法)152
8.7.1计算思路152
8.7.2方程C44的计算152
8.7.3方程C66的计算154
8.7.4方程C33的计算155
8.7.5方程C11+C12的计算156
8.7.6方程C11+C12+2C13+C332的计算157
8.7.7方程C112+C13+C332的计算157
8.7.8六个方程联立求解158
参考文献159
第9 章Heusler合金声子谱线的计算161
9.1PHONOPY软件及声子计算简介161
9.2Heusler合金Ni2MnGa(L21)的声子谱线计算(VASP，直接法)163
9.2.1计算过程163
9.2.2生成力文件〈FORCE-SETS〉166
9.2.3生成声子色散曲线166
9.2.4生成声子态密度167
9.2.5热力学性质计算168
9.3Heusler合金Ni2MnGa(L21)的声子谱线计算(VASP，DFPT)169
9.3.1计算过程169
9.3.2生成力常数文件〈FORCE-CONSTANTS〉170
9.3.3生成声子色散曲线170
9.3.4生成声子态密度171
9.3.5热力学性质计算171
9.4Heusler合金Ni2MnGa(四方)的声子谱线计算(直接法)172
9.4.1计算过程172
9.4.2生成力文件〈FORCE-SETS〉174
9.4.3生成声子色散曲线174
9.4.4生成声子态密度175
9.4.5热力学性质计算176
9.5Heusler合金Ni2MnGa(四方)的声子谱线计算(DFPT)177
9.5.1计算过程177
9.5.2生成力常数文件〈FORCE-CONSTANTS〉179
9.5.3生成声子色散曲线179
9.5.4生成声子态密度179
9.5.5热力学性质计算180
参考文献181
第10章 Heusler合金基于遗传算法的晶体结构预测183
10.1基于遗传算法的晶体结构预测与USPEX183
10.2基于遗传算法的Heusler合金Ni2MnGa晶体结构预测
(USPEX+VASP)184
10.2.1计算过程184
10.2.2提取计算结果191
10.2.3数据处理194
10.2.4查看预测的Ni2MnGa晶体结构195
参考文献196
第11章 Heusler合金Pd2MGa(M=Cr,Mn,Fe)的第一性原理计算197
11.1基于遗传算法的Pd2MGa结构预测197
11.2Pd2MGa晶格常数优化200
11.3Pd2MGa的四方变形计算202
11.3.1Pd2MGa四方变形过程中的能量变化202
11.3.2Pd2MGa四方变形过程中的磁性变化203
11.3.3Pd2MGa的磁性计算204
11.4Pd2MGa的态密度计算205
11.4.1Pd2CrGa的态密度205
11.4.2Pd2MnGa的态密度206
11.4.3Pd2FeGa的态密度208
11.5Pd2MGa的弹性常数和弹性模量计算209
11.5.1Pd2CrGa(L21)的弹性常数和弹性模量计算209
11.5.2Pd2CrGa(四方)的弹性常数和弹性模量计算210
11.6Pd2MGa的声子谱线计算211
参考文献214
第12章 两机并行计算实例详解215
12.1设置方法215
12.1.1基本设置215
12.1.2主机网络功能设置216
12.1.3节点机网络功能设置221
12.2配置检查224
12.3并行计算测试225
参考文献226
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