表面性质与功能的从头算原子热力学与统计力学

以往和现有的旨在实现原子尺度理解的“学术”研究，主要关注可能构成材料科学应用基础的各个分子过程。随后，单一过程的引人注目的性质常常被直接讨论其对所设想材料功能的重要性；或者反过来，材料的功能在某种程度上被认为本质上仅通过一个突出的基本过程即可理解。这种方法中常被忽视的是，在具有技术相关性的宏观系统中，通常会发生大量不同的原子尺度过程。其中哪些对可观测的系统性质和功能起决定性作用，不仅取决于每个过程各自的详细性质，而且在许多（如果不是大多数）情况下，所有过程的相互交织，即它们如何共同作用，也起着至关重要的作用。因此，对于“具有微观理解的预测性材料科学建模”，必须采用一种能够处理大量微观描述良好的基本过程之间统计相互作用的方法。诸如 DFT 等现代电子结构理论方法已成为准确描述单个分子过程的标准工具。在此，我们讨论了一些新兴方法的现状，这些方法试图将 DFT 与统计力学或热力学概念实现（希望是无缝的）匹配，以同样解决各种分子过程之间的相互作用。这些技术带来的新质量和新见解，通过其如何允许描述与真实气相环境接触的晶体表面得到了说明。