可观察的材料特性由各个长度尺度上的物理现象确定。在量子标尺上,核与电子之间的相互作用决定了化学键,这又导致材料的特定晶体结构,可压缩性或颜色。在微观范围内,材料特性取决于晶格缺陷的集体行为,例如空位,位错或晶界。数学方程式描述这些现象已有很长时间了。这些可以是微观尺度上的第一原理表达式(量子尺度),现象学或热力学表达式。由于有效的算法和更快的计算机,这些方程式可以有效地解决越来越多的情况。以这种方式,在进行实验之前,可以通过模拟来解释和/或预测材料的可观察性能。通过动手练习,您将在本课程中学习如何在一个或多个长度尺度上计算固体的不同特性。案例研究将概述用于材料科学家的计算工具,并凝结物理学家在原子层及以上可以理解材料,甚至可以设计它们。
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