如何建立简化界面与表面模型，又如何分析能量与电子结构？
表面建模与计算
课程背景
材料表面，直接和外界接触、交流，甚至直接决定材料的性能，但是表面又犹如小朋友的脸，可能说变就变。所以，表面问题又变得棘手起来。基本现实就是，表面离不开基本成份，即块体特性，这是基本盘，其次表面又不同于体相，因为有取向、悬挂键、表面极性、缺陷等，充满了各种可能。从这个角度说，表面极有魅力。然而，我们大部分同学，没有系统学习过表面科学，即使是材料、化学专业的学生，对表面的学习可能也停留在晶体学水平。
课程介绍
在与大量同学的交流中，了解了这一痛点，针对不少同学希望系统学习表面建模与分析而设计了这一小课程，选择从头来：从表面的规范表达，升级到表面单胞与矢量，进而对原子二次堆垛、伍兹符号等进行介绍。再进一步，用这些基础知识来处理复杂表面，如重构，并利用案例讲解如何分析表面的电子结构。
讲解内容也会进一步拔高，例如从表面能到乌尔夫方法预测晶体平衡形状、利用表面投影态密度分析悬挂键对催化的影响等。
延续小班课的特点，3节理论配合3节操作，每节操作都有完整案例，包含建模、参数测试、计算、数据分析。
三个操作案例分别是：重构表面建模与优化、CO在表面的吸附与键合类型、LiCoO2电极表面反应。老司机倡导浸入式学习，用案例带动理论和方法学习！(操作软件：VASP）
11月28日，直播学习，录播反复观看，长期答疑，不见不散！
计算老司机孙老师长期从事计算模拟20余年，长期工作于能源与环境催化第一线，迄今已在Nature、Nature Materials、JACS、Angew.、EES、Nat. Commun.、AM、AEM、AFM等期刊发表260余篇论文，引用20000余次，单篇最高引用4000余次。孙老师善于将复杂问题通过浅显易懂的比喻进行深入讲解，课堂生动有故事，计算理论分析到位，实际操作解说细腻，其开辟的哔哩哔哩站计算老司机和公众号颇受广大学员好评。
表面建模与计算课程表
课时
时间
课程内容
主要工作
8:00-9:00
表面结构与建模
1.1 表面基础特征与规范表达
1.2 表面悬键与赝原子饱和
1.3 表面矢量与根号表面
1.4 表面重构与建模
1.5 表面建模的依据与实验比照
9:00-10:00
表面优化与能量分析
2.1 表面优化与定量描述
2.2 表面能计算与分解分析
2.3 表面取向与乌尔夫方法
2.4 表面热力学系统理论
2.5 表面张力计算
10:00-11:00
表面电子结构与应用
3.1 表面的K点与能带计算
3.2 表面投影态密度
3.3表面极性与功函数
3.4 表面局域振动模计算
3.5 表面电子结构案例详解
11:00-12:00
重构表面建模与表面能（实际操作）
4.1 TiO2(001)-(1×4)重构
4.2 重构与非重构表面能
4.3 乌尔夫法预测TiO2的形貌
4.4 重构表面功函数
19:00-20:00
CO在TiO2表面的吸附（催化应用）
5.1 理想TiO2(001)表面态密度
5.2 重构表面态密度计算与分析
5.3 CO在理想表面吸附电子态分析
5.4 CO在重构表面吸附电子态分析
5.5 吸附小分子CO的局部振动分析
20:00-21:00
LiCoO2电极的阳离子脱出（电池应用）
6.1 LiCoO2块体基本电子结构
6.2 (001) 表面优化与投影态密度
6.3 Co脱出计算；
6.4 Li脱出计算
6.5 Co脱出后的电子结构分析
表面规范
表面有一整套的表达方法，基本就在表面胞和表面矢量（如下图），这是一套语言。理解它，我们才能看懂文献里各种符号，例如TiO2(001)-(1×4), 又比如Fe(100)-(2×2)R45⁰等。老司机整理了具体案例，讲解伍兹符号、矩阵符号等，并利用这些表示来做表面建模。
表面结构与能量
当我们需要基于实验进行表面建模与计算时，用什么作为建模的依据往往是最关切的。不少文献采用了XRD数据来说明表面特征，这样可以吗？本次课堂我用一个形象的例子展示，这样会非常有风险，因为三个完全不同的表面特征（下图），但取向一致，结果计算得到的XRD几乎一样！如果XRD不能作为建模依据，我们又该如何选择？老司机收集了多个案例，展示STM、TEM能更好的帮助我们确定表面，其中还包括非晶表面如何优化获得。
在此基础上进一步引入定量描述表面原子的参数，例如原子位移、层间距偏离、表面吸附诱导等。对于表面相关的能量环节，会介绍能量分解，从而帮助理解吸附诱导表面重构、负表面能现象等。
表面电子结构分析
获取结构后，如何进一步深入，就不得不借助电子结构分析。首先我们会介绍常用如何获得表面电子结构的参数，例如极性、功函数、表面投影态密度，然后利用完整案例，把表面属性和具体应用结合，例如催化、电池等。这中间涉及如何准确、灵活使用电子结构数据分析问题。浸入式学习环节，则是深入、完整地分析两个表面作用案例，即气体/表面作用与电极表面化学反应，分别对应催化与储能应用
界面建模与计算
课程背景
现实生活中，界面几乎无处不在：喝杯啤酒，有空气/啤酒沫/啤酒界面；吃个火锅，汤料/食材/火锅，都是界面！更不用说各类新型材料和器件，例如电池，界面显著影响传质传导。正因为如此，界面工程频频走上顶级刊物。对界面的理解和优化，充满挑战。首先它是交叉学科，涉及物理、材料、化学等，其次成份往往非常复杂多变，界面处原子键合与电子结构往往偏离理想块体和典型表面。很多时候，你会觉得界面好像中年人，上有老、下有小，身兼数职、难以平衡，但且承担诸多性能要求：界面得刚、不拉跨，同时界面得柔，能兼容。因此，没有原子甚至电子水平的理解，优异界面设计无从谈起。
课程介绍
计算模拟无疑是研究界面的理想工具：有实验难以比拟的灵活性去筛选潜在界面匹配材料，同时又能在电子水平理解界面带来哪些影响，并澄清构效关系。现实操作上，界面计算起码要解决三个环节：合理建模、准确计算、深入分析。这对于大部分缺乏界面研究经验的朋友，都不容易！
本次界面建模与计算，就是为了解决上面三个问题，用案例讲解界面模型如何建立和简化，同时如何分析界面键合、能量与电子结构。3节理论配合3节操作，每节操作都有完整案例，包含建模、参数测试、计算、数据分析。老司机倡导浸入式学习，用案例带动理论和方法学习！(操作软件：VASP）
11月29日，直播学习，录播反复观看，长期答疑，不见不散！
计算老司机孙老师长期从事计算模拟20余年，长期工作于能源与环境催化第一线，迄今已在Nature、Nature Materials、JACS、Angew.、EES、Nat. Commun.、AM、AEM、AFM等期刊发表260余篇论文，引用20000余次，单篇最高引用4000余次。孙老师善于将复杂问题通过浅显易懂的比喻进行深入讲解，课堂生动有故事，计算理论分析到位，实际操作解说细腻，其开辟的哔哩哔哩站计算老司机和公众号颇受广大学员好评。
界面建模与计算
课时
时间
课程内容
主要工作
8:00-9:00
界面结构与建模
1.1 界面基础与典型界面模型
1.2 平面异质结与超晶格
1.3 跨维结构 （含团簇与柔性链）
1.4 包覆、多相与半周期界面
1.5 非晶/晶体异质结
9:00-10:00
界面优化与能量分析
2.1 界面参数、层间距与滑移扫描
2.2 界面热力学理论
2.3 吸附能、界面能与变形能
2.4 界面应力
2.5 柔性界面弛豫与液固穿透界面
10:00-11:00
界面电子结构与应用
3.1 界面K点设置与能带计算
3.2 界面投影态密度
3.3界面静电势与内建电场
3.4界面带边偏移计算
3.5 界面反应计算
11:00-12:00
界面建模与界面能
（实际操作）
4.1 CNT-Cu附着建模与优化
4.2 CNT-Cu附着力计算
4.3 CNT/Cu内嵌建模与优化
4.4 内嵌界面能与电子结构分析
19:00-20:00
CO在Ni/Al2O3界面的吸附
（界面催化应用）
5.1 Ni团簇和Al2O3态密度
5.2 Ni/Al2O3投影态密度计算分析
5.3 CO在Ni表面吸附电子态分析
5.4 CO在Ni/Al2O3界面吸附
5.5 界面应力分析
20:00-21:00
AlP/GaP界面能带弯曲（界面电子结构分析）
6.1 AlP/GaP三种界面建模
6.2 AlP/GaP STJ界面优化
6.3 界面能带投影分析
6.4 界面静电势分析
6.5 界面带边偏离计算
界面建模
模型直接决定了一个计算的品质，黄金标准就是：模型是否反映了真实体系的核心特征？是否在操作上具有可行性？然而面对真实样品，尤其是乱糟糟的多相、变形界面，我们未必能快速抓住界面的关键特征。比如同样是MgH2复合体系实现低温放氢的研究，老司机在不同论文中采用了不同模型，有界面、有表面、有团簇和团簇孔填充模型（如下图），这背后取舍之道就在于如何抓体系核心特征。这是一种本领，可以通过训练获得。
老司机基于界面典型特征，从异质结开头，通过系统讲解典型案例，逐渐深入到跨维结构、包覆、超晶格以及表面重构等，凝练出界面建模最需要注意的环节。我们会把这些概念和方法融入到相应的练习案例，进一步定量计算界面能、界面变形分析以及电子结构。
界面结构与能量
有了模型，就需要着手获得可靠的结构，这就涉及界面结构优化和能量计算与分析。简单地说，两种成份AB放到一起，如何取向、键合以及优化取舍，是能直接影响到计算质量的。比如碳纳米管增强铜基复合材料（如下图），这是典型界面问题，如何在模型中放置和优化纳米管，就有技巧了。首先是出发点不能错，例如现在还能看到部分文献采用表面描述这个界面问题，这也有朋友考虑多层纳米管导致模型过于庞大而无法展开，这些都涉及结构优化问题。
老司机精心挑选了多个案例，从最基本的界面参数优化到取向扫描，从界面能到更丰富的界面热力学，并进一步拓展到半周期界面、多相催化界面、电池界面反应、柔性链界面问题。实际操作案例，催化和电池应用各有完整案例，从建模和结构优化到能量与电子结构。
界面电子结构
界面改变的，绝非原子键合那么简单，电子结构改变才是大部分物理化学性质变化的根本原因。例如我们在光催化中频繁看到各类异质结设计用以提高太阳能吸收和光催化效率（如下图），其背后的物理机制就是界面两侧半导体电子能级存在差异，这就导致界面可能出现偶极矩和内建电场，从而使得光生电子转移具有内在驱动。操作上，如何计算和理解界面接触导致的电子结构变化，甚至定量计算带边偏离(band offset), 是本节课需要解决的。
选择经典案例，首先从基本电子结构出发，讲解投影能带和态密度，然后转入界面直接相关的物理量，比如极性、静电势、内建电场计算等，给出定量计算方法，并在实际操作案例得到进一步强化。
培训相关
01 培训时间
11月28日-11月29日，共2天
02 培训形式
课程+上机，线上培训，提供纸质版教材，课程回放
03 培训费用
1299元/门，包含教材费、培训费、机时费
04 课程地点
腾讯课堂线上直播
5.课程优势
永久答疑
答疑群长期答疑
纸质资料
提供纸质版讲义资料，一次性掌握
全程助教
专业工程师技术人员将在上机期间全程为学员答疑解惑
课程回放
课程视频无限次回放、答疑社群实时答疑；
课程报名福利
1) 早鸟立享：前20名报名者，获得计算100元优惠券
2) 团报立享：3人及以上团报，获得计算100元优惠券
3) 捆绑特惠：往期孙成华精品小班培训任选两门小班课程同时报名，立减598元，直享最低价2000元/人
4)老学员立享：凡在唯理计算购买课程老学员，获得计算200元优惠券
*注：其中1）、2）3）、4）不同享；
扫码添加小崔同学15964531189（微信同），备注：表面/界面建模与计算
