丨第一性原理丨

将多个原子构成的体系看成是由多个电子和原子核组成的系统，并根据量子力学原理对问题进行最大限度的非经验处理，只需5个基本常数就可计算出体系的能量和电子结构等物理性质，可以确定已知材料的结构和基础性质，并实现原子级别的精准控制。其中密度泛函理论是一种求解原子尺度电子多体薛定谔方程的方法，将求解薛定谔方程的基态波函数的过程由能量对多体波函数的泛函，简化成能量对电荷密度泛函，尺度为几十到几百个原子。可计算内容包括但不限于：

①电子结构：电荷密度、电荷差分密度、态密度DOS、能带、费米能级、功函数、ELF等

②材料性质：介电常数、弹性模量、磁导率、热导率、界面热阻、声子谱等

③能量相关：吉布斯自由能、吸附能、掺杂能、缺陷形成能等

④催化相关：HER、OER/ORR、NRR、CO2RR等

⑤反应相关：反应路径、反应机理、迁移能垒等

⑥几何结构：键长键角二面角、晶格常数等

丨量子化学丨

量子化学是理论化学的一个分支学科，是应用量子力学的基本原理和方法研究化学问题的一门基础科学。从头算量子化学方法是基于量子化学的计算化学方法，是在给定原子核位置和电子数的情况下求解电子薛定谔方程，并以获得如电子密度、能量和热力学量等有用的信息的重要方法。从头计算电子结构方法旨在计算多电子的函数，即非相对论条件和玻恩-奥本海默近似下电子薛定谔方程的解。多电子函数通常是由多个简单电子函数的线性组合获得，主要函数是Hartree-Fock函数。在单电子近似的条件下，仅使用一个电子函数来近似上述多个简单函数，然后将单电子函数展开为有限基函数集的线性组合。研究范围包括稳定和不稳定分子的结构、性能及其结构与性能之间的关系；分子与分子之间的相互作用；分子与分子之间的相互碰撞和相互反应等问题。可计算内容包括但不限于：

①分子性质：静电势、偶极矩、布居数、轨道特性、键级、电荷、极化率、电离势、自旋密度、Fukui函数等

②激发态反应：激发态结构确定、激发能、跃迁偶极矩、荧光光谱、磷光光谱、势能面交叉研究等

③弱相互作用：氢键、卤键、硫键、π-π堆积、盐桥、阳离子-π、疏水作用力等

④反应相关：稳态及过渡态结构确定、反应热、反应能垒、反应机理研究等

⑤光谱预测：红外、紫外吸收、拉曼、荧光、磷光、核磁谱、圆二色谱等​​​​​​

丨仿真模拟/有限元分析丨

是一种将连续体视为若干个有限大小的单元体的离散化集合，以求解连续体热/力/电磁问题的数值方法，基本思想是将连续的求解区域离散为一组有限个且按一定方式相互连接在一起的单元的组合体。将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的近似解，然后推导求解这个域总的满足条件，从而得到问题的解，这个解不是准确解，而是近似解。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。可计算内容包括但不限于：

①结构仿真：接触分析、非线性分析、振动/疲劳/传热/裂纹/碰撞分析等

②电磁仿真：电场、磁场、电磁耦合、磁热耦合、射频微波等

③流体仿真：多相流体、组分运输、流体传动、相变等

④光学/声学仿真相关​​​​​​