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摘 要： 目前，凝聚态物理在材料的计算研究方面起着越来越重要的作用，利用凝聚态物理的理论知识所编制的材料模拟软件的种类也越来越多，利用这些软件对所输入的材料结构进行模拟计算，得到材料的力学性能、磁学性能以及电学性能等宏观性能。本文通过介绍凝聚态物理的概述，分析讨论了凝聚态物理在材料计算中的应用以及模拟计算的前景，为实际生产以及实验提供理论指导，大大节省了实验经费，缩短了实验周期。
关键词： 凝聚态物理；材料计算；应用分析；模拟
【中图分类号】 G424 【文献标识码】 A【文章编号】 2236-1879（2018）12-0008-01
随着交叉学科的发展以及实际生活生产对材料性能的提高，单独的实验手段已经无法满足研究学者对材料的分析研究，利用理论与实际相结合的方法对材料进行分析研究已成为现在研究的一大趋势。凝聚态物理以材料的微观结构为研究视角，从原子、电子等微观粒子的角度对材料进行研究，可以更好对材料性能进行分析，为材料的应用提供理论依据。因此，研究凝聚态物理在材料计算方面的应用十分有必要。
一、凝聚态物理的概述
凝聚态物理是以物质的微观结构为研究视角，只要研究分析由原子、分子、离子、电子等微观粒子组成物质的微观结构、其动力学过程以及其宏观物理性质与电子结构之间联系的一门学科。凝聚态物理是以固体物理为基础来对物质进行研究分析的，随着交叉学科的发展和对技术要求的提高，凝聚态物理的研究范围与内容也越来越多，其在材料学方面的应用，主要运动凝聚态物理的理论知识，研究材料的微观结构与电子结构，从而分析材料的力学性能、磁学性能以及电学性能等宏观物理性能以及材料的微观能量变化，为材料的应用提供理论依据。
二、凝聚态物理在材料计算中的应用
现如今，在科学研究中，计算已和实验、理论并列为三大科学方法。随着凝聚态物理的不断发展，利用其理论知识编程的模拟计算软件也越来越先进。利用实验方法等研究材料的性能容易因实验是条件变化而变化，因此，采用模拟计算的方法模拟实验的条件与实验手段相結合，可以更好对材料的性能进行研究，更好的为实际生产做指导。
2.1 材料模拟的简介。
首先，材料模拟是在传统材料设计上，利用凝聚态物理的理论知识发展出来的技术。传统的材料设计是根据材料的性质和成分，通过凝聚态物理理论推算出所要设计的材料的结构，然后再通过实验将其合成。使用这种方法分析研究是最基本的，也是脚踏实地的工作。
2.2模拟软件简介。
目前，利用凝聚态物理理论知识所编制的材料模拟软件有：Materials Studio（MS）、VASP、Gaussian、LAMMPS、Nano-scale等。这些软件专门为材料科学模拟所设计，能方便的对所建立或输入的模型进行计算分析，操作灵活简便，并且，最大限度地运用网络资源。
2.3计算模拟的原理和作用。
目前，利用凝聚态物理所编制的计算模拟软件非常多，但是，总体上在计算过程中都有很大的共性，都是从分子动力学原理、量子力学原理等基础科学理论出发，利用计算机计算材料结构的宏观性质与微观能量变化。首先，对所输入计算机的结构模型或者根据结构的晶格常数、空间群等所建立的材料的结构进行结构优化、能量计算；之后根据量子力学原理、分子动力学原理等分别来计算电子波函数、核的动能等性质；最后，根据计算出来的波函数、能量就可以反映出材料的力学性能、电学性能以及磁学性能等宏观性能。
三、凝聚态物理在材料计算中的应用前景
传统的计算设计是通过理论计算推出目标材料的结构，然后通过实验合成，这是最基本的研究设计，已满足不了科研学者对研究的需求。世界上未知的材料结构和功能太多了，每次通过实际的实验进行分析研究会浪费很多的经费和时间，并且，会大大增加研究周期。因此，利用凝聚态物理所编制的计算机模拟软件，再加上计算机的发展，根据分子理论设计出一系列的未知分子模型，在材料计算模拟软件中输入这些设计的分子模型，对其进行计算分析，得到其宏观性质，为实际生产试验通过理论依据，并且，可以大大减少实验经费，缩短实验周期。
四、结语
现如今，理论与实验相结合来研究材料的性能已成为当今研究的一大趋势，利用凝聚态物理理论知识编制的计算模拟软件种类越来越多，并且操作灵活方便。通过输入所要研究材料的结构，对其进行计算，可以得到材料的力学性能、电学性能以及磁学性能等宏观性能，大大节省了实验经费，缩短了实验周期，为实际生产实验提高理论指导。
参考文献
[1] 杨玉. 高分子凝聚态物理基础与相应材料的研发[A]. 中国科学技术协会、吉林省人民政府.第十九届中国科协年会——分8高性能高分子材料——从基础到应用学术研讨会论文集[C].中国科学技术协会、吉林省人民政府：，2017：1.
[2] 施郁.拓扑改变凝聚态物理——2016年诺贝尔物理学奖[J].大学物理，2017，36（02）：47-54.
[3] 北京凝聚态物理国家研究中心[A]. 中国可再生能源学会光化学专业委员会.第五届新型太阳能电池学术研讨会摘要集（纳晶敏化太阳能电池篇）[C].中国可再生能源学会光化学专业委员会：，2018：1.
[4] 张翠萍.当今凝聚态物理研究的主要几个分支及研究进展[J].中国新技术新产品，2016（16）：16-17.
[5] 北京大学物理学院凝聚态物理与材料科学研究所俞大鹏教授即将来山西师范大学作学术报告[J].山西师范大学学报（自然科学版），2014，28（01）：106.
关键词： 凝聚态物理；材料计算；应用分析；模拟
【中图分类号】 G424 【文献标识码】 A【文章编号】 2236-1879（2018）12-0008-01
随着交叉学科的发展以及实际生活生产对材料性能的提高，单独的实验手段已经无法满足研究学者对材料的分析研究，利用理论与实际相结合的方法对材料进行分析研究已成为现在研究的一大趋势。凝聚态物理以材料的微观结构为研究视角，从原子、电子等微观粒子的角度对材料进行研究，可以更好对材料性能进行分析，为材料的应用提供理论依据。因此，研究凝聚态物理在材料计算方面的应用十分有必要。
一、凝聚态物理的概述
凝聚态物理是以物质的微观结构为研究视角，只要研究分析由原子、分子、离子、电子等微观粒子组成物质的微观结构、其动力学过程以及其宏观物理性质与电子结构之间联系的一门学科。凝聚态物理是以固体物理为基础来对物质进行研究分析的，随着交叉学科的发展和对技术要求的提高，凝聚态物理的研究范围与内容也越来越多，其在材料学方面的应用，主要运动凝聚态物理的理论知识，研究材料的微观结构与电子结构，从而分析材料的力学性能、磁学性能以及电学性能等宏观物理性能以及材料的微观能量变化，为材料的应用提供理论依据。
二、凝聚态物理在材料计算中的应用
现如今，在科学研究中，计算已和实验、理论并列为三大科学方法。随着凝聚态物理的不断发展，利用其理论知识编程的模拟计算软件也越来越先进。利用实验方法等研究材料的性能容易因实验是条件变化而变化，因此，采用模拟计算的方法模拟实验的条件与实验手段相結合，可以更好对材料的性能进行研究，更好的为实际生产做指导。
2.1 材料模拟的简介。
首先，材料模拟是在传统材料设计上，利用凝聚态物理的理论知识发展出来的技术。传统的材料设计是根据材料的性质和成分，通过凝聚态物理理论推算出所要设计的材料的结构，然后再通过实验将其合成。使用这种方法分析研究是最基本的，也是脚踏实地的工作。
2.2模拟软件简介。
目前，利用凝聚态物理理论知识所编制的材料模拟软件有：Materials Studio（MS）、VASP、Gaussian、LAMMPS、Nano-scale等。这些软件专门为材料科学模拟所设计，能方便的对所建立或输入的模型进行计算分析，操作灵活简便，并且，最大限度地运用网络资源。
2.3计算模拟的原理和作用。
目前，利用凝聚态物理所编制的计算模拟软件非常多，但是，总体上在计算过程中都有很大的共性，都是从分子动力学原理、量子力学原理等基础科学理论出发，利用计算机计算材料结构的宏观性质与微观能量变化。首先，对所输入计算机的结构模型或者根据结构的晶格常数、空间群等所建立的材料的结构进行结构优化、能量计算；之后根据量子力学原理、分子动力学原理等分别来计算电子波函数、核的动能等性质；最后，根据计算出来的波函数、能量就可以反映出材料的力学性能、电学性能以及磁学性能等宏观性能。
三、凝聚态物理在材料计算中的应用前景
传统的计算设计是通过理论计算推出目标材料的结构，然后通过实验合成，这是最基本的研究设计，已满足不了科研学者对研究的需求。世界上未知的材料结构和功能太多了，每次通过实际的实验进行分析研究会浪费很多的经费和时间，并且，会大大增加研究周期。因此，利用凝聚态物理所编制的计算机模拟软件，再加上计算机的发展，根据分子理论设计出一系列的未知分子模型，在材料计算模拟软件中输入这些设计的分子模型，对其进行计算分析，得到其宏观性质，为实际生产试验通过理论依据，并且，可以大大减少实验经费，缩短实验周期。
四、结语
现如今，理论与实验相结合来研究材料的性能已成为当今研究的一大趋势，利用凝聚态物理理论知识编制的计算模拟软件种类越来越多，并且操作灵活方便。通过输入所要研究材料的结构，对其进行计算，可以得到材料的力学性能、电学性能以及磁学性能等宏观性能，大大节省了实验经费，缩短了实验周期，为实际生产实验提高理论指导。
参考文献
[1] 杨玉. 高分子凝聚态物理基础与相应材料的研发[A]. 中国科学技术协会、吉林省人民政府.第十九届中国科协年会——分8高性能高分子材料——从基础到应用学术研讨会论文集[C].中国科学技术协会、吉林省人民政府：，2017：1.
[2] 施郁.拓扑改变凝聚态物理——2016年诺贝尔物理学奖[J].大学物理，2017，36（02）：47-54.
[3] 北京凝聚态物理国家研究中心[A]. 中国可再生能源学会光化学专业委员会.第五届新型太阳能电池学术研讨会摘要集（纳晶敏化太阳能电池篇）[C].中国可再生能源学会光化学专业委员会：，2018：1.
[4] 张翠萍.当今凝聚态物理研究的主要几个分支及研究进展[J].中国新技术新产品，2016（16）：16-17.
[5] 北京大学物理学院凝聚态物理与材料科学研究所俞大鹏教授即将来山西师范大学作学术报告[J].山西师范大学学报（自然科学版），2014，28（01）：106.