Ab initio () — 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) Firefly ORCA CRYSTAL SIESTA ПРИРОДА
При расчёте характеристик титана ABINIT и VASP дают аналогичные значения.
См. также Теория функционала плотности Метод самосогласованного поля
Литература
Категория:Физика твёрдого тела Категория:Численные методы Категория:Квантовая химия Категория:Латинские фразы и выражения