计算声子谱以及热力学性质的综述
合金结构,声子谱,热力学性质的第一性原理研究ppt

• 对L10 晶格,计算的Mn不Mn之间的交换参数JMn-Mns随 cv变化的函数显示主要的面间最近邻交换耦合J1L和面内 次近邻交换耦合J2负责能差。计算结果表明顺磁B2结构 的剪切模量(C'=C11-C12)为负值是导致立方结构向四方结 构转变的原因。 以(1R,2R)-环己二胺、(R)-联萘二胺衍生 的salen配体不四异丙氧基钛原位生成的釐属钛配合物为 催化剂实现了二硫代磷酸对单叏代环氧烷的丌对称开环反 应。当底物为烷基叏代环氧烷时,反应具有很好的区域选 择性;当底物为芳基叏代环氧烷时,反应具有较好的对映 选择性。
• 声子谱计算结果揭示了顺磁L10向反铁磁L10相变是由磁性引起 的,而丌是原子秱动。此外还研究了其热力学性质,如德拜温度, 各向异性及泊松比等,结果表明CuAu型反铁磁结构在低温时弹 性稳定和动力学稳定,因此是低温结构。具有智能开兲的环境感 应式开兲膜是目前膜学不医用高分子材料领域的研究热点。到目 前为止,人们已经用辐射诱导接枝、化学接枝以及等离子体诱导 接枝等丌同的方法在多孔膜上接枝丌同类型的智能开兲。环境感 应式开兲膜的用途相当广泛,能用于药物控制释放、化学分离、 化学传感器以及组织工程等。本文采用等离子诱导填孔接枝聚合 法分别在亲水性基材尼龙-Байду номын сангаас(nylon6)和疏水性基材聚偏氟乙烯 (PVDF)微孔膜上接枝温敏性材料聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM) 开兲,分别制备了一系列具有较宽接枝率范围的开兲膜。从接枝 膜的外观形貌分析和过滤通量实验结果出収,比较研究了接枝率 对两种类型膜的过滤通量、温度感应开兲系数等开兲特性的影响, 分析了膜基材的物理化学性质对膜的制备及其温敏特性影响,为 开兲膜的进一步开収设计于制备提供了依据。
• 铝颗粒表面氧化膜的水合,氢的扩散,表面氧化膜的破裂。 在pH值为3到9的范围内,pH值对铝水反应的影响可以忽 略。简要介绍了香兰素的主要化学合成方法,包括分别以 丁香酚、愈创木酚、木质素等为原料的合成路线。同时, 简述了香兰素的部分生物合成方法。采用溶胶-凝胶法制 备了负载型ZrO2/Al2O3和ZrO2/Al2O3-SiO2复合载体, 研 究了丌同复合载体对Ni基催化剂二氧化碳重整甲烷反应性 能的影响, 并采用XRD、TPR、TPD和BET等方法对复合 载体及催化剂进行了表征. 结果表明,负载在基载体上ZrO2 的比表面积和碱性较大,同时增加了活性组分的分散度和Ni 不ZrO2的相互作用.不Ni/ZrO2相比,Ni /ZrO2/Al2O3和 Ni/ZrO2/Al2O3-SiO2催化剂的二氧化碳重整甲烷反应活性 均有丌同程度的提高,其中以Ni/ZrO2/Al2O3催化剂的活性 最好.
使用ABINIT计算Si的声子谱

使用ABINIT计算Si的热力学性质HHWJ340在ABINIT自带的例子中,有关于AlAs的声子谱计算。
这里给出如何使用ABINIT计算简单的材料Si的声子谱过程。
1.基态计算必须先计算基态,这是下面一系列计算的基础。
一般来说需要对acell,K点和ecut的参数进行优化,因为ABINIT自带的例子中有关于Si的计算,这里就直接读取。
这样基态计算的输入文件为:2.使用相应函数方法计算总能量对原子位置的二阶导数需要上一步计算得到WFK文件,将文件名中的“o”改为“i”。
计算文件为:3.Gamma点声子频率的计算没有LO-TO的分离,无需引入极化场。
计算结果为:参考文献:Ab initio calculation of phonon dispersions in semiconductors.P.R.B.1991.3,43-9上给出的结果为:GammaTO:517,GammaLO:517.这里计算的结果为514.4.计算X点的声子输入文件:计算的结果为:文献(同上)上的结果为:X TA:146,X LA:414,X TO:466,X LO:414.5.计算声子谱5.1生成所需要的q wavevectors setq-set由一个GS计算得到。
输入文件如下:计算得到16个点,如下,5.2生成derivative database(ddb)这个计算需要很长的时间。
5.3使用MRGDDB合并DDB文件输入文件如下:5.4使用ANADDB工具计算声子谱计算生成freq文件,使用band2eps可以生成图像文件,band2eps 输入文件为:最后得到声子谱为:文献(同上)上的结果如下:。
声子谱计算范文

声子谱计算范文声子谱计算是一种用于研究固体材料的震动模式的计算方法。
声子谱提供了材料中原子振动的频率与波矢的关系,可以帮助我们理解材料的热传导、电传导以及其他与振动有关的性质。
下面我将详细介绍声子谱计算的方法和应用。
基于第一原理计算方法的声子谱计算是通过求解材料中原子的动力学方程来得到的。
在DFT方法中,使用了材料中原子核与电子的交互作用势能,以及近似的Kohn-Sham方程。
声子频率可以通过求解动力学方程得到的材料晶格振动特征值来计算。
这些计算通常需要高性能计算机和复杂的计算算法。
另一种方法是基于经验参数的声子谱计算,如分子力场方法。
在这种方法中,使用了一组经验参数来描述原子之间的相互作用,包括键长、键角以及势能函数等。
这些参数可以通过实验数据进行拟合获得。
声子频率可以通过求解牛顿方程来计算。
声子谱计算可以用于研究许多材料的物性,如固体的热传导、热膨胀、电导率以及光学特性等。
通过计算材料的声子谱,我们可以得到材料的振动模式、声子群速度以及散射率等信息。
这些信息对于理解材料的热传导机制、设计新的材料以及预测材料性能具有重要的意义。
例如,在研究热传导领域,声子谱计算可以帮助我们理解高热导材料的热传导机制。
通过计算材料的声子谱,我们可以得到声子群速度和散射率等信息,从而进一步计算材料的热传导系数。
这样,我们可以预测材料的热传导性能,并为设计高热导材料提供指导。
另外,声子谱计算还可以用于研究材料的光学性质。
通过计算材料的声子谱,我们可以得到材料的振动模式和电磁波的相互作用的力常数矩阵。
从而可以计算材料的光学性质,如折射率、吸收谱以及红外活性等。
总之,声子谱计算是研究材料振动模式的重要方法。
通过计算材料的声子谱,我们可以得到材料的振动特性和材料的性质之间的关系。
这种方法在材料科学研究和材料工程设计中具有广泛的应用前景。
声子模式与晶体热学性质的实验研究

声子模式与晶体热学性质的实验研究声子是固体中的一种基本的激发模式,它对于理解晶体的热学性质具有重要意义。
本文通过实验研究,探讨了声子模式与晶体热学性质的关系,并对其机制进行了分析。
1. 实验方法实验中我们选择了一种具有典型晶体结构的样品进行研究,通过声子谱仪测量了其声子模式的分布情况。
声子谱仪是一种用于测量声子能谱的仪器,通过测量晶体中声子的频率和强度,可以得到声子模式的信息。
在实验中,我们对不同温度下的样品进行了测量,并分析了声子模式随温度的变化规律。
2. 声子模式与晶体振动声子模式是晶体中原子振动的一种表现形式。
晶体中的原子通过键连结在一起,它们围绕平衡位置做微小的振动,形成了声子模式。
不同的声子模式对应于不同的原子振动方式,如长波模式、短波模式、光学模式等。
这些声子模式的频率和强度决定了晶体的热学性质。
3. 声子模式与晶体热导率声子模式对晶体的热导率起到了重要作用。
声子的传播受到晶格的散射和声子之间的相互作用的影响。
声子模式中频率较高的声子在传播过程中容易受到散射,而频率较低的声子对晶体的热导率贡献较大。
因此,声子模式的分布与晶体的热导率密切相关。
4. 实验结果与分析通过声子谱仪的测量,我们得到了样品在不同温度下的声子模式谱。
实验结果表明,随着温度的升高,低频声子模式的强度逐渐增加,而高频声子模式的强度减弱。
这说明在高温下,声子在晶体中的传播受到了更多的散射,导致声子模式的减弱。
同时,低频声子的能量更容易被传递,从而影响晶体的热传导性能。
5. 声子模式与晶体性质的应用声子模式对于理解和设计具有特殊热学性质的材料具有重要意义。
例如,一些材料的声子模式分布呈现出能隙结构,这种材料被称为声子晶体,具有特殊的声子传播性质。
声子晶体在光子学、声学调控等领域具有广泛的应用前景。
此外,通过调控声子模式的分布,还可以优化材料的热导率,提高能量转换效率,用于热电材料、热障涂层等领域。
6. 结论声子模式是晶体中振动的一种表现形式,通过实验研究我们可以了解其与晶体热学性质之间的关系。
09-声子谱与热导率计算

色散关系是线性关系,故 称为声学支 元胞中两原子运动一致, 像刚体分子一样,它们的 质心振动和单原子链等价。
21
在布里渊区边界
2 , M B 0, A
q
a
,
重原子振动,轻原子不动 这是驻波
22
3.光学支
1/ 2 mM 4mM 2 2 qa 1 1 sin 2 mM m M 2
34
石墨烯简介
发现
Graphene(石墨烯) 是2004年由曼彻斯特大学科斯提亚•诺沃谢夫(Kostya Novoselov)和安德烈•盖姆(Andre Geim)发现的,他们使用的是一种被称 为机械微应力技术(micromechanical cleavage)的简单方法。正是这种简单 的方法制备出来的简单物质——石墨烯推翻了科学界的一个长久以来的错误 认识——任何二维晶体不能在有限的温度下稳定存在。现在石墨烯这种二维 晶体不仅可以在室温存在,而且十分稳定的存在于通常的环境下。
声子谱与热导率计算
单斌 文艳伟
1
固体热性质计算
完美晶格与晶格振动 晶格振动实例(一维单/双原子链)
声子谱与材料热力学性质
声子谱计算实例(石墨烯) 热导率计算(碳纳米管)
2
完美晶格与晶格振动
绝对零度下(T=0K),原子固定在平 衡位置处,保持能量最低的状态。
当T>0K时,由于热运动,各原子离 开了它们的平衡位置,由于原子间 的相互作用,有回到平衡位置的趋 势。
长波极限:q→0,λ → ∞
2 mM , mM
M B m A
23
q →0 时,两种原子相对振动,保持质 心不变
第五部分 热学性质(声子2)-总结与习题指导

gD
(ω )
=
⎧3
⎪ ⎨
2π
2
ω2 v3
,
ω
<
ωD
(12)
⎪⎩ 0
,ω > ωD
如图 5.3 所示.
5.2 模式密度的范·霍夫(Van Hove)奇点 (a)对只考虑最近邻互作用的一维单原子点阵,简正模式的色散关系为
ω(K
)
=
ωm
sin
1 2
Ka
式中ωm 是简正模式的最高频率. ωm = 2
C ,C 是力常数,M 是原子质量.证 M
波矢空间中的频率等值面ω ( K ) ≡ ω 是一球面,如图 5.1 所示. 该球面内所包围
的模式数为
N
(K
)
=
4π 3
K3
⎛ ⎜⎝
L 2π
⎞3 ⎟⎠
=
V 6π
2
K3
(4)
式中V = L3 是晶体体积.利用色散关系式(1)将式(4)化为对频率ω 的函数
N
(ω )
=
V 6π
2
ω3 v3
6
于是得到
gD
程(U 过程).倒逆过程是如下形式的三声子碰撞过程:
K1 + K2 = K3 + G
(5.15)
其中 G 是不为零的倒易点阵矢量.由于倒逆过程可以大幅度地改变声子团的总 动量,因而可以建立起声子的热平衡分布,并决定在高温下的点阵热阻.
8 点阵的自由能和格林爱森(Grüneisen)常数 点阵自由能为
(ω )
=
1 V
⎛ ⎜ ⎝
dN (ω )
dω
⎞ ⎟ ⎠
=
1 2π 2
ω2 v3
VASP+FROPHO 计算晶体材料声子谱及热性能
V ASP+FROPHO 计算晶体材料声子谱及热性能梁超平(liangchaoping@), May. 2010作者简介:梁超平,中南大学粉末冶金研究院07级硕士研究生,师从龚浩然教授,主要研究方向为计算材料学算法编程及材料跨尺度计算模拟。
目录一、编译fropho (1)二、一个简单的算例:BCC Zr的声子谱以及声子态密度 (2)简介Fropho是一个使用Fortran语言编写用于实现晶体声子分析程序。
它目前提供了V ASP 、 Wien2K 的接口用来计算原子受力,通过分析原子受力得到力常数矩阵。
从而根据力常数矩阵进行材料的声子谱及热性能分析。
其主要功能有:计算声子色散谱;计算声子态密度,包括分立态密度;声子热力学性质,包括自由能,热容量,焓。
接下来简要介绍程序的编译,通过一个简单的算例来介绍它的使用方法。
一、编译fropho1. 编译Fropho需要lapack数学库文件。
因此首先从 下载lapack-3.2.gz;2. 使用sftp上传至远程服务器;3. 解压缩lapack-3.2.gz;@node64:~> tar -zxvf lapack-3.2.gz4. 进入lapack-3.2,将make.inc.example 拷贝成make.inc@node64:~/lapack-3.2> cp make.inc.example make.inc5. 修改make.inc和Makefile将make.inc第22和26行改为ifort或者pgf90编译器,这样运算速度更快,这里的编译器要跟后面编译fropho一致。
然后将Makefile第11行注释掉,打开第12行6. 使用make lib 安装数学库,转好后在当前目录产生lapack_LINUX.a、blas_LINUX.a和tmglib_LINUX.a。
@node64:~/lapack-3.2> make lib7. 安装fropho从/ 下载fropho-1.3.3.tar.gz8. 解压缩;@node64:~/fropho> tar -zxvf fropho-1.3.3.tar.gz9. 进入fropho-1.3.3并configure设置好相应的编译器和链接数学库,链接这两个数学库的顺序不能错,不然不能使用;@node64:~/fropho/fropho-1.3.3> ./configure --prefix=where do you want to install fropho FC=ifort LIBS= "/your lapack-3.2 direction/lapack-3.2/liblapack.a your lapack-3.2 direction/lapack-3.2/libblas.a"10. 然后make;@node64:~/fropho/fropho-1.3.3>make@node64:~/fropho/fropho-1.3.3>make install11. 编译rubytools,进入rubyTools目录;@node64:~/fropho/fropho-1.3.3/rubyTools> ./makeTools.sh12. 大功告成,安装圆满完成了。
3.4 声子,声子谱的测定-cai071
2: 独立格波的总数=晶体中原子总自由度数
每一种格波都有一定的频率ω和波矢q ,由色散关系ω (q)决定二者关系 该种格波是所有原子都共同参与的集体运动形式,称为:简正振动模式
3NS
ωj (q) j=1,2,…3s 共有3s支 q=q1 q2…qN
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3.4声子,声子谱的测定 前面是按经典理论得出结果
第三章 晶格振动与晶体的热学性质
量子理论处理:写出研究对象的哈密顿量,求解相应 的薛定谔方程,求解 哈密顿量=动能+位能 体系能量=格波能量 理论上可以证明: 格波总能量等价于N个简谐振子能量之和
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3.4声子,声子谱的测定
说明:振子能量的增减只能是
的整数倍, 3NS种独立格波, 3NS谐振子
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因此,与之等价的格波的能量也是量子化的 格波≠谐振子
3.4声子,声子谱的测定
1 E ( n) 2 1 E ( 2) 2 1 E ( 1) 2 1 E 2
第三章 晶格振动与晶体的热学性质
描述晶格振动的基本成分----- 3NS种独立格波
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3.4声子,声子谱的测定 理论依据
第三章 晶格振动与晶体的热学性质
运动方程是线性的
d 2 xn m 2 ( xn1 xn1 2 xn ) dt
方程特解为:
xn Ae
i (t naq )
普遍解=特解线性组合 实际运动情况=独立格波线性组合
3.4声子,声子谱的测定
第三章 晶格振动与晶体的热学性质
phononpy中文使用说明
phonopy中文使用说明Phonopy是一个由python实现的晶体声子;计算声子色散谱;;计算声子态密度,包括分立态密度;;声子热力学性质,包括自由能,热容量,焓;;Phonopy通过力常数的方法计算声子谱;同样类型的程序还有phon,fropho,pho;Phonopy是使用python 以及C等高级语言;Phonopy使用python的matplotl;在自己的pc机安装winPhonopy 是一个由 python 实现的晶体声子分析程序。
它是目前提供了 VASP 的 Wien2k 的接口用来计算原子受力。
它的主要功能有:计算声子色散谱;计算声子态密度,包括分立态密度;声子热力学性质,包括自由能,热容量,焓;Phonopy 通过力常数的方法计算声子谱。
力常数由计算原子在超晶胞中被移动后的受力得到(Parlinsk-Li-Kawasoe 方法)。
同样类型的程序还有phon, fropho, phonon. 其中 phonon 是商业软件,卖的很贵,fropho和phonopy的代码其实都是来自于phon, fropho是为了代替phon而开发的,目的是为了使用phon更方便,phon和fropho主要都是由fortran开发的,而现在fropho已经停止开发,由 python 开发的phonopy代替了fropho, phonopy在使用上更为方便,在计算量上更为减少。
因为phon, fropho和 phonon 在移动原子位置时都是一次只移动一个原子的一个方向,而phonopy则可以一次移动一个原子的多个方向,所以和其它程序相比, phonopy最多可以减少 2/3 的计算量。
Phonopy是使用python以及C等高级语言编写的用于计算声子谱的程序,它可以很方便地在现有的unix或linux操作系统上进行安装。
它利用VASP等第一性原理计算程序来计算有限位移下的原子受力,然后利用phonopy程序处理原子受力获得声子谱。
二维材料声子谱的计算_概述说明以及解释
二维材料声子谱的计算概述说明以及解释1. 引言1.1 概述二维材料是一类具有特殊结构和性质的材料,其在纳米科技领域引起了广泛的关注。
声子谱作为描述材料中晶格振动的重要性质之一,对于理解和预测材料的热学、力学和电子等性质具有重要意义。
近年来,随着计算方法的进步和计算机的发展,通过计算模拟手段来研究声子谱已成为一种有效和可行的方式。
1.2 文章结构本文旨在对二维材料声子谱的计算进行概述和说明,并进行相关解释。
文章主要分为五个部分:引言、二维材料声子谱的计算、二维材料声子谱的计算概述、二维材料声子谱的解释和特征分析以及结论与展望。
1.3 目的本文旨在系统地介绍二维材料声子谱的计算方法,并对常用的计算工具与软件进行简要介绍。
同时,将对不同方法进行分类与选择,并比较其优缺点,以便读者选择合适的方法来研究其感兴趣的问题。
另外,在解释和分析声子谱的特征时,将重点关注能量和强度分布的解读方法、界面效应以及应变和温度对声子态密度的调控等方面。
最后,本文还将展望二维材料声子谱计算在新能源与纳米器件中的应用前景,并总结文章的主要内容。
以上就是本文“1. 引言”部分的详细内容介绍。
2. 二维材料声子谱的计算2.1 声子谱的概念和重要性声子谱是指描述物质中声子模式能量与动量关系的图谱。
声子是晶格振动的一种模式,其能量与分布对于材料的热传导、热容和电输运等性质具有重要影响。
因此,理解和计算二维材料的声子谱对于深入了解其热学、电学和力学性质具有关键意义。
2.2 声子谱计算方法的分类与选择求解二维材料声子谱有多种计算方法,包括第一原理(DFT)方法、力常数及倒空间格点法以及基于分子动力学(MD)模拟和经验势方法等。
每种方法都有其适用范围和局限性。
在选择合适的计算方法时,需要考虑时间效率、精度以及所需输入信息等方面。
2.3 常用的计算工具与软件介绍针对二维材料声子谱计算,已经开发了许多广泛应用的软件工具。
其中,VASP (Vienna Ab initio Simulation Package)、Quantum ESPRESSO和Phonopy 等是目前常用且功能强大的计算工具。
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Eyvaz Isaev
Department of Physics, Chemistry and Biology (IFM) Linköping University Sweden Theoretical Physics Department Moscow State Institute of Steel and Alloys Russia
Reviews in Mineralogy & Geochemistry Vol. 71 pp. XXX-XXX, 2009 Copyright © Mineralogical Society of Amperties of Materials from Ab Initio Quasi-Harmonic Phonons
Thermal properties and the Quasi-Harmonic Approximation
The low-temperature specific heat of solids is experimentally found to vanish as the cube of the temperature, with a cubic coefficient that is system-specific (Kittel 1996; Wallace 1998). This is contrary to the predictions of classical statistical mechanics, according to which the heat capacity of a system of harmonic oscillators does not depend on temperature, nor on its spectrum. One of the landmarks of modern solid-state physics, that greatly contributed to the establishment of our present quantum-mechanical picture of matter, is the Debye model for the heat capacity of solids. This model naturally explains the low-temperature specific heat of solids in terms of the (quantum) statistical mechanics of an ensemble of harmonic oscillators, which can in turn be pictorially described as a gas of non-interacting quasi-particles obeying the Bose-Einstein statistics (phonons). The internal energy of a single harmonic oscillator of angular frequency ω, in thermal equilibrium at temperature T, is:
1529-6466/09/0071-0003$05.00 DOI: 10.2138/rmg.2009.71.3
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2
Baroni, Giannozzi, Isaev
long simulation times, and by the importance of long-wavelength collective motions (phonons), which would require large simulation cells. Both difficulties are successfully dealt with in the quasi-harmonic approximation (QHA) where the thermal properties of solid materials are traced back to those of a system of non-interacting phonons (whose frequencies are however allowed to depend on volume or on other thermodynamic constraints). An additional advantage of the QHA is that it accounts for quantum-mechanical zero-point effects, which would not be accessible to molecular dynamics with classical nuclear motion. The availability of suitable techniques to calculate the vibrational properties of extended materials using a combination of DFT and linear-response techniques (resulting in the so-called density-functional perturbation theory, DFPT; Baroni et al. 1987, 2001) makes it possible to combine the QHA with DFT. The resulting simulation methodology has shown to be remarkably accurate in a wide temperature range, extending up to not very far from the melting line and has been applied to a wide variety of systems, including many which are relevant to the Earth sciences. This paper gives a short overview of the calculation of thermal properties of materials in the framework of the QHA, using DFT. The paper is organized as follows: in the “Thermal Properties and the QuasiHarmonic Approximation” section, we introduce some of the thermal properties of interest and describe how they can be calculated in the framework of the QHA; in the “Ab Initio Phonons” section, we describe the DFPT approach to lattice dynamics; in the “Computer Codes” section, we briefly introduce some of the computer codes that can be used to perform this task; in the “Applications” section, we review some of the application of the first-principles QHA to the study of the thermal properties of materials; finally, the last section contains our conclusions.
eyvaz_isaev@
Introduction
Computer simulations allow for the investigation of many materials properties and processes that are not easily accessible in the laboratory. This is particularly true in the Earth sciences, where the relevant pressures and temperatures may be so extreme that no experimental techniques can operate at those conditions. Computer modeling is often the only source of information on the properties of materials that, combined with indirect evidence (such as seismic data), allows one to discriminate among competing planetary models. Many computer simulations are performed using effective inter-atomic potentials tailored to reproduce some experimentally observed properties of the materials being investigated. The remoteness of the physically interesting conditions from those achievable in the laboratory, as well as the huge variety of different atomic coordination and local chemical state occurring in the Earth interior, make the dependability of semi-empirical potentials questionable. First-principles techniques based on density-functional theory (DFT) (Hohenberg and Kohn 1964; Kohn and Sham 1965) are much more predictive, not being biased by any prior experimental input, and have demonstrated a considerable accuracy in a wide class of materials and variety of external conditions. The importance of thermal effects in the range of phenomena interesting to the Earth sciences makes a proper account of atomic motion essential. Traditionally, this is achieved using molecular dynamics techniques which have been successfully combined with DFT in the first-principles molecular dynamics technique of Car and Parrinello (1985). Well below the melting temperature, the numerical efficiency of molecular dynamics is limited by the lack of ergodicity, which would require