第一原理(first principle)和从头计算(ab initio)

没有找到确切的分析，仅作参考！

从头计算(ab initio)：在求解薛定鄂方程时，在非相对论近似、Born－Oppenheimer近似和轨道（或Hartree－Fock）近似的基础上，对根据变分原理和变分法导出的HF方程进行严格求解就是从头计算（与半经验方法相对照）；常将从头算和密度泛函方法统称为第一原理方法。

从头计算就是根据物理定律，只包含物理参数而不包含经验参数的计算。

但实际上，对物理参数的定义，也是很模糊的。比如对基组中的参数的定义。我们假定这些参数定义之后是不随具体体系变化的，于是，我们认为这是物理参数，表示第一性原理。同样的，对于密度泛涵中，我们假定泛涵是正确的，再者杂化泛涵的系数在参考了多种特殊体系之后，定下来，并且不随具体体系变化。于是，泛涵本身也成了物理参数，表示了第一性原理。

量子化学的第一性原理是指多电子体系的Schrödinger方程，但是光有这个方程是无法解决任何问题的，为此计算量子化学提出一个称为“从头计算”(ab initio)的原理作为第一性原理，除了Schrödinger方程外还允许使用下列参数和原理：
　　(1) 物理常数，包括光速c、Planck常数h、电子电量e、电子质量me以及原子的各种同位素的质量，尽管这些常数也是通过实验获得的。(在国际单位值中，光速是定义值，Planck常数是测量值，在原子单位制中则相反，详细原理请参阅笔者整理的《关于单位制、物理常数和不确定度的资料》一文。)
　　(2) 各种数学和物理的近似，最基本的近似是“非相对论近似”(Schrödinger方程本来就是非相对论的原理)、“绝热近似”(由于原子核质量比电子大得多，而把原子核当成静止的点处理)和“轨道近似”(用一个独立函数来描述一个独立电子的运动)。
　　量子化学的从头计算方法就是在各种近似上作的研究。例如最基本的从头计算方法Hartree-Fock方法，是建立在自洽场近似的基础上的，除此之外还有Xa方法、密度泛函方法等等，都运用了不同近似原理。
　　由于诸多近似方法的使用，“从头计算”方法并不是真正意义上的第一性原理，但是其近似方法的运用使得量子计算得以实现。从头计算的结果具有相当的可靠程度，某些精确的从头计算产生的误差甚至比实验误差还小。

第一原理计算的综述文献小结及简介
格式：姓名.文章标题.期刊名.卷（年份）起始页；
Payne M C.Iterative minimization techniques for ab initio total-energy calculations:molecular dynamics and conjugate gradients.64(1992)1045；(注:CASTEP原作者Payne M C 的经典文章,虽然文章发表后的10多年间曾出现了很多不同的方法,但作为第一原理计算的初学者,该文献仍然为首选的入门必读资料;以前在www.castep.org上有大部分的Payne文章可以免费下载,其中还有Payne的几个学生的主页,但后来不知道为何该网站全部改版了,再也找不到Payne的文章了)
Hafner J.Atomic-scale Computational Materials Science.Acta materials. 48 (2000) 71；(注:该文章所在卷为Acta Materials的2000年千禧卷,其他文章多为材料学其他领域的前沿综述,有兴趣可以下载一阅)
Eberhart M E.Looking for design in materials design.Nature Materials.3(2004)659；
Franceschettl A et al.The inverse band-structure problem of finding an atomic configuration with given electronic properties.Nature.402(1999)60；（注：本文的另一作者为著名的Zunger A，其很多文章值得阅读。另外，推荐本文的主要原因为本文提供了另外一种新思路）
Olson G B.Virtualizing Materials to Create Real Ones.Science.288(2000)997；
Olson G B.Designing a New Material World.Science.288(2000)993；(注：该文更为详细的提供了从1556年到1990s的材料发展历程）
Olson G B.Computational Design of Hierachically Structured Materials. Science.277(1997)1237；
Olson G B.Materials by Design.Science.288(2000)995；
Yip S.Synergistic Science. Nature Materials.2(2002)3；(注：Yip S现为麻省理工机械系的知名教授，其以前博士生现为ohio state university教授的Dr.Li Ju（个人主页：http://mse-jl1.eng.ohio-state.edu/）相信对大家而言都不陌生.Yip S的著作包括atomic scale study of interfaces以及最近的Handbook of Materials Modeling)
Ceder G.Computational Materials Science:Predicting Properties from Scratch.Science.280（1998）1099；
Segall M D et al.First-Principles Simulations:ideas,illustrations and the CASTEP code.J.Phys.:Condens.Matter.14(2002)2717；（注：CASTEP输出结果中要求引用的文献:)大家可以注意一下本卷的其他文章，因为该卷为综述卷，其他很多文章都跟材料的计算有关）；
Kresse G et al.Ab initio molecular-dynamics simulation of the liquid metalamorphous-semiconductor transition in germanium.Physical Review B.49(1994)14251；
Kresse G et al.Ab initio molecular dynamics for liquid metals.Physical Review B.47(1993)558；
Kresse G et al.Efficient iterative schemes for ab initio total-energy calculations using a plane-wave basis set.Physical Review B.54(1996)11169；
Kresse G et al.Efficiency of ab-initio total energy calculations for metals and semiconductors using a plane-wave basis set.Computational Materials Science.6(1996)15；（注：上述4篇文章为VASP文献中常见的引用文献）
Pettifor D G.Electron theory in materials modeling.Acta materials. 51 (2003) 5649;（本卷为Acta materials创刊50周年纪念卷，其他文章同样有阅读价值；同时，Oxford大学的Pettifor教授在材料模拟领域有很深的造诣）