第一性原理模拟: 艺术要源于、高于、回归生活

由于密度泛函（DFT）计算方法的特殊性，我们专长于DFT模拟的科研人员，在整个群体上，总是时不时地摆渡于“偏理论设计型”和“解决实际问题型”的研究之间。

“偏理论设计型”：好的理论故事，其挑战在于如何把深邃的基础机理展现清楚。不过有时候立足点和内容可能和实际问题有脱节，所以也很难说服实验人员去关心/相信。另外，个别DFT计算人员会迷失在“模拟游戏”的虚假繁荣里，很多新入行/未入行的学生对DFT行业很迷茫，部分原因就是看到一些不好的前人表率。不过未来的趋势肯定要求我们要么玩深的、要么来得实际，才能端好饭碗。

“解决实际问题型”：现实问题总是非常复杂，有时候很难从实验问题中抓住一个可行的切入点去做DFT模拟。在我们最痛苦或最期待的时候，残酷的现实总是喜欢把我们“拍死”在键盘上。不过但凡有些真实进展，其研究价值是直接可以感受到的，所训练的“理论－实验”结合能力也会是珍贵的财富。不过，当我们“结果导向”的心态太重的时候，遇到和实验有出入的情况时，可能会倾向对理论参数进行过度的调整，以成全“理论－实验”表面上的符合。理论和实验是两个独立的体系，各自有强、弱项，有时候即使模拟结果和实验的不符合，得到的反而可能是个好科学。对于认真做模拟的人来说，我们也需要更多自信心和独立的科学精神。

艺术源于生活而高于生活，最终还是要回到生活。如果我们的DFT计算是“艺术”，那么实际问题便是“生活”。

下面以我们在Ni电化学相图模拟上的学术历程做个小例子，来展现我们是如何争取让自己的DFT工作实现“源于、高于、回归实验”的目的。以供大家参考，也希望能对刚入行的学生有所作用。

(A) Ni的重要性

Ni在非常多的材料（比如合金、催化材料、能源材料）上都有重要应用，应用领域从日常生活、医疗到工业、军事。个别例子可以看我前一篇博文，这里可以再举个常见的具体例子，不锈钢（Stainless Steel, SS）。

常用的一类不锈钢(主要Fe-Cr-Ni)有：18/8, 18/10, 18/0 SS

18为Cr的含量，0-10为Ni的含量。在这个组分的大致范围内，随着Ni的增加，不锈钢的抗腐蚀性能会增加（原因在氧化层的保护上），但价格也增加。一般食品用高标准为SS 304