小白希望大佬科普下量子化学、分子模拟、第一性原理的含义和联系

rice

我理解的量化模拟就是建模、优化、跑程序看一个或两三个物质之间的微观联系，比如结合能、氢键组合情况之类的；而分子模拟则是在限定空间里，几百个已经优化好结构的物质，在牛顿力场作用下，运行一定时间，看宏观上分子之间的变化；第一性原理道理是什么，感觉脑袋比较懵。希望各位大佬能帮忙科普下三个名词的内涵和相互关系，谢谢啦！

Graphite

这种迷惑根源上在语用学。
比如某人说“做了XX体系的量化计算”，这里“量化计算”含义可能是“用A理论B方法C条件计算了能量、光谱等数据”，和“应用量子力学原理研究化学问题”原意不同。
单说“我做了些量化的工作、第一性的工作”，也就是传达“是个计算的、没什么经验成分的理论研究”的意思。

至于现阶段的习惯，量化这个词用HF、DFT、后HF、多参考态、半经验等各种量化方法研究任何体系都可以说；第一性原理不包含半经验和DFA（Density Functional Approximation），但一般是搞固体材料计算、用VASP、CP2K的人常说；分子模拟一般指用力场模拟介观尺度的体系，不涉及量子力学原理。

卡开发发

一般把不含有参数，仅通过薛定谔方程和一些基本常数出发进行的计算称为从头算或第一原理，比如上面提到的HF系列的方法就都是，其他还有QMC等等。DFT本身是个general的理论，但是由于没有有效途径找到精确的交换-关联泛函，交换-关联泛函的模型都是使用引进参数的近似模型，一般这些模型参数不多也不会随着体系不同（比如不同原子种类）而发生变化，因此认为一定程度上是普适的，所以通常也作为第一原理的方法。这是很多人用DFT却还自称用的是第一原理方法的原因。

半经验方法求解的时候还是基于HF或DFT等，保留了电子结构信息，但在计算的时候会针对不同元素引入不同经验性参量。比如PM6等都是通过经验公式和参数化一些分子积分来加速计算，使得计算能够在更大体系中进行。一般量子化学（处理电子结构而言）应该包含从头算和半经验这两种方式。

分子模拟这个词的意思我没具体考究过就不做什么讨论了。现在很多词都被乱用，已经不是原来的那个意思了。

sobereva

量子化学=将量子力学研究手段用于化学体系（词语境下主要指分子、团簇这些孤立体系）的研究当中。你对量子化学的认识过于狭隘。不清楚的话看看wiki之类，以及本论坛量化版的讨论

广义的分子模拟几乎包含所有计算化学牵扯的范畴，你去看J. Mol. Model.期刊、专著Molecular modelling Principles and applications(Leach A.R.)就知道几乎什么类型的计算研究主题都能算进去。狭义的分子模拟主要指分子动力学、蒙特卡罗、分子对接等手段。

第一性原理这个词的字面意思和目前一般的指代有明显出入。原意是基于不依赖于经验参数的理论方法进行的研究，如今通常泛指通过量子力学手段研究周期性体系（很大程度上和“固体量子化学”划等号，主要研究固体和表面）。第一性原理计算目前主要基于DFT理论，而哪怕很多常用的DFT泛函里包含经验参数，仍叫第一性原理计算，不那么较真。

你看本论坛的这三个板块主要讨论的内容很容易就心里有数了。

granvia

看出身吧。化学背景且偏理论的叫量化，偏应用的叫分子模拟，物理背景的叫做第一性原理（不限于固体，有人把任何体系的DFT计算都叫第一性原理计算）。个人感觉，胡诌勿喷

osric

granvia 发表于 2019-9-12 18:38
看出身吧。化学背景且偏理论的叫量化，偏应用的叫分子模拟，物理背景的叫做第一性原理（不限于固体，有人把 ...

这个回答是现在做计算的现状。基本是这样的。

rice

Graphite 发表于 2019-9-11 23:47
这种迷惑根源上在语用学。
比如某人说“做了XX体系的量化计算”，这里“量化计算”含义可能是“用A理论B方 ...

谢谢您的回复

rice

sobereva 发表于 2019-9-12 10:06
量子化学=将量子力学研究手段用于化学体系（词语境下主要指分子、团簇这些孤立体系）的研究当中。你对量子 ...

谢谢sob老师的建议，我会继续学习的