20.12.2020

Ab initio


Ab initio (с лат. — «от начала») — обоснование какого-либо явления из естественных законов природы без привлечения дополнительных эмпирических предположений или специальных моделей.

Аb initio в литературе — читать, рассказывать с самого начала; в противоположность in medias res (что означает «в середине», начать рассказывать историю с определённой промежуточной точки).

Ab initio в физике — решение задачи из первых основополагающих принципов без привлечения дополнительных эмпирических предположений. Обычно подразумевается прямое решение уравнений квантовой механики. Несмотря на название, при этом зачастую делаются какие-либо предположения и упрощения. Такие упрощения позволяют рассчитывать системы с большим числом атомов или атомы, имеющее большее число электронов. Примером такого упрощения является использование PAW-потенциалов.

Термин ab initio пришёл из квантовой физики, впервые был использован Робертом Парром (Robert Parr) и Дэвидом Крэйгом (David Craig) при изучении возбуждённых состояний молекулы бензола.

Ab initio методы в физике твёрдого тела

Термин фактически именует одно из направлений современной теоретической физики твёрдого тела. Означает совокупность физических приближений, процедур вычисления и оптимизации, используемых для расчёта электронных и фононных спектров с целью нахождения термодинамических и кинетических характеристик материала, таких как коэффициент теплового расширения, электрическая проводимость и других. Например, для расчёта энергии сублимации на атом используется разница энергий атома в кристаллическом состоянии и изолированного атома, помещённого в ячейку большого размера (что аналогично свободному атому). Первыми из серьёзных достижений в этом направлении можно считать концепцию самосогласованного поля и уравнения Хартри и их прямые уточнения, уравнения Хартри — Фока. Эти уравнения с различными вариациями являются основой вычислительных методов в квантовой химии.

В последнее время все большее распространение в физике твёрдого тела приобретают методы ab initio расчётов, основанные на использовании метода функционала плотности.

Достоинством расчётов из первых принципов является точное описание атомного взаимодействия с учётом квантовых эффектов. Недостатком — невозможность расчёта за разумное время микроскопических систем с достаточно большим числом частиц, например, атомов (практически редко более 100).

Если расположить современные методы моделирования, используемые в физике, по возрастанию размеров моделируемых систем и времени моделирования, то картина получится следующей:

  • Ab initio методы, не использующие приближений
  • Ab initio методы, использующие приближения
  • Методы молекулярной динамики, использующие полуэмпирические потенциалы
  • Метод Монте-Карло
  • Методы конечных элементов
  • Аналогично в пунктах 1 — 5 увеличивается количество упрощений и приближений, которые могут влиять на корректность получаемого результата.

    Программы, используемые при моделировании из «первых принципов»

    • Gaussian
    • CPMD
    • CP2K
    • NWCHEM
    • ABINIT
    • VASP
    • WIEN2K
    • GAMESS (US)
    • PC GAMESS
    • ORCA
    • CRYSTAL
    • SIESTA
    • ПРИРОДА

    При расчёте характеристик титана ABINIT и VASP дают аналогичные значения.


    Похожие новости:

    Теоремы запрета

    Теоремы запрета
    В теоретической физике теоремы запрета — это группа теорем, утверждающих о физической невозможности какой-то конкретной ситуации. В частности, этот термин описывает такие свойства квантовой механики,

    Двенадцатое простое число Мерсенна

    Двенадцатое простое число Мерсенна
    Двенадцатое простое число Мерсенна — натуральное число 2 127 − 1 =

    Число Цайзеля

    Число Цайзеля
    Число Цайзеля — свободное от квадратов число k {displaystyle k} , имеющее как минимум три простых делителя, для которых выполняется условие:

    Теория случайных матриц

    Теория случайных матриц
    Теория случайных матриц — раздел математики на стыке математической физики и теории вероятностей, изучающий свойства ансамблей матриц, элементы которых распределены случайным образом. Как правило,
    Комментариев пока еще нет. Вы можете стать первым!

    Добавить комментарий!

    Ваше Имя:
    Ваш E-Mail:
    Введите два слова, показанных на изображении: *
    Популярные новости
    Где заказать строительство дома из сип-панелей в Крыму
    Где заказать строительство дома из сип-панелей в Крыму
    В современном строительстве каркасные дома и дома из сип-панелей стали главными конкурентами...
    Запчасти для тракторов МТЗ: как выбирать, где покупать?
    Запчасти для тракторов МТЗ: как выбирать, где покупать?
    Трактора, как и любой другой вид техники нуждаются в запасных частях и расходных материалах. Без...
    Как сделать дорогу из щебня?
    Как сделать дорогу из щебня?
    Дороги из щебня — бюджетный способ обеспечить транспортную доступность к отдельным объектам. Исходя...
    Все новости