Obliczenia struktury elektronowej z wykorzystaniem nowoczesnych metod teorii funkcjonału gęstości

W dniach 15–18 czerwca 2026 roku, w ramach programu Erasmus+, na Wydziale Chemii Uniwersytetu Gdańskiego gościć będziemy prof. Henry’ego Pinto z Yachay Tech University w Ekwadorze. Prof. Henry Pinto wygłosi wykłady pt. " Obliczenia struktury elektronowej z wykorzystaniem nowoczesnych metod teorii funkcjonału gęstości"

Kurs przedstawia intensywny program obejmujący teorię oraz praktyczne zastosowania obliczeń struktury elektronowej w układach będących przedmiotem badań naukowych.

Wykład 1: Wprowadzenie do DFT (teoria), 15.06.2026, sala C211, godz.10.00-12.00
Przedstawione zostaną podstawowze wygłosi on wykłady e zagadnienia DFT, obejmujące koncepcję funkcjonału, twierdzenie Hohenberga-Kohna oraz równania Kohna-Shama, korelację i wymianę (exchange-correlation), a także kluczowe elementy rozwiązywania równań Kohna-Shama.

Wykład 2: Praktyczne zastosowania DFT z wykorzystaniem VASP, 16.06.2026, sala: C211, godz. 10.00-12.00
1. Wprowadzenie do DFT (45 min): Czym jest DFT?, Pseudopotencjały a metody all-electron, Bazy fal płaskich, Dlaczego VASP jest odpowiedni do układów krystalicznych?. 
2. Periodyczność i superkomórki (45 min): Kryształy i komórki prymitywne, Cząsteczki i powierzchnie w obliczeniach periodycznych, Obszary próżniowe 

Wykład 3: Zbieżność i właściwości strukturalne, 17.06.2026, sala: C211, godz. 10.00-12.00
1. Izolowany atom krzemu (25 min), Zbieżność superkomórki, Polaryzacja spinowa, Obliczenia ISPIN 
2. Zbieżność dla krystalicznego krzemu (45 min): Zbieżność energii odcięcia ENCUT, Zbieżność siatki punktów k, Kryteria zbieżności energii 
3. Równanie stanu i optymalizacja struktury (50 min): Energia w funkcji objętości , Równanie stanu Birch-Murnaghana, Stała sieciowa i moduł ściśliwości 

Wykład 4:  Struktura elektronowa i wizualizacja, 18.06.2026, sala: C211, godz. 10.00-12.00
1. Stan podstawowy i energia kohezji (20 min): Całkowita energia kryształu, Energia kohezji, Metody rozmycia (smearing methods). 
2. Gęstość stanów (30 min): DOS i PDOS, Wkłady orbitalne, Struktura elektronowa krzemu.
3. Struktura pasmowa (40 min): Punkty wysokiej symetrii w przestrzeni k, Pośrednia przerwa energetyczna krzemu, Plik KPOINTS do obliczeń pasmowych.
4. Wizualizacja gęstości ładunku (30 min): Plik CHGCAR, Wizualizacja w programie VESTA, Wiązania kowalencyjne w krzemie.

Zapraszamy 

-----

Title: ”Electronic Structure Calculations Using Density-Functional Theory”
 
The electronic structure calculations using state-of-the-art density-functional theory methods course presents an intensive course on the theory with practical applications to electronic structure calculations in systems of interest. 

Lecture 1

Introduction to DFT (theory), 15.06.2026 – C211 – 10.00-12.00
The nuts and bolts of DFT are presented, that includes the functional concept, the Hohenberg-Kohn theorem and Kohn-Sham equations, the exchange-correlation, and the key elements for solving the Kohn-Sham equations.

Learning Goals

• Review of fundamental concepts in quantum mechanics and the many-body problem.
• Understand the basic ideas behind DFT.
• Introduction to Kohn-Sham equations. 

 
Lecture 2 - Practical applications of DFT using VASP, 16.06.2026 – C211– 10.00-12.00
 
Learning Goals

• Understand the basic ideas behind DFT
• Learn the role of periodicity in plane-wave calculations
• Identify the essential VASP input/output files

Topics
1. Introduction to DFT (45 min)

• What is DFT?
• Pseudopotentials vs all-electron methods
• Plane-wave basis sets
• Why VASP is suited for crystalline systems

2. Periodicity and Supercells (45 min)

• Crystals and primitive cells
• Molecules and surfaces in periodic calculations
•  Vacuum regions

 
Lecture 3 -  Convergence and Structural Properties, 17.06.2026 – C211– 10.00-12.00
 
Learning Goals

•  Learn convergence testing
•  Compute equilibrium structural properties
• Understand the Equation of State (EOS)

Topics
1. Isolated Silicon Atom (25 min)

• Supercell convergence
• Spin polarization
• ISPIN calculations

 
2. Bulk Silicon Convergence (45 min)

• ENCUT convergence
•  k-point convergence
• Energy convergence criteria

 
3. Equation of State and Structural Optimization (50 min)

• Energy vs volume
• Birch-Murnaghan EOS
• Lattice constant and bulk modulus

 
Lecture Series 4 - Electronic Structure and Visualization, 18.06.2026 – C211– 10.00-12.00
 
Learning Goals

• Compute electronic properties
• Interpret DOS and band structures
• Visualize charge density

Topics
1. Ground-State and Cohesion Energy (20 min)

• Bulk total energy
• Cohesion energy
• Smearing methods

2. Density of States (30 min)

• DOS and PDOS
• Orbital contributions
• Silicon electronic structure

3. Band Structure (40 min)

•  High-symmetry k-points
• Indirect band gap of Si
• KPOINTS for band calculations

4. Charge Density Visualization (30 min)

•  CHGCAR
• Visualization with VESTA
• Covalent bonding in Si