（First Principles）是指从最基本的物理定律出发，不依赖任何实验数据或经验公式，直接推导出一个系统的性质。量子力学密度泛函理论DFT，来研究材料的、、、等。

早在！

1927年，量子力学革命时期，波恩和奥本海默这对科学搭档提出了著名的”绝热近似”，把电子和原子核的运动分开研究，就像把一对形影不离的舞伴暂时分开观察。这个突破为现代第一性原理计算奠定了基础。

第一性原理到底是什么

第一性原理计算就是用量子力学的基本公式当。“参考答案”，就像只用数学公式就能预测一场交响乐的效果。

密度泛函理论，它把复杂的电子相互作用简化成电子密度的函数，相当于把一场万人舞会简化成人群密度图，既保留了关键信息又大大降低了计算难度。

第一性原理能告诉你它们最喜欢怎么排列。FeC时，计算发现碳原子会让周围的铁原子跳一种特殊的”扭曲舞”(Bain畸变)，而氮原子在FeN中则让铁原子保持规整的队形。这些细微差别通过计算看得一清二楚，就像用原子级显微镜观察舞蹈编排。

“结构预言”速度提升了4倍，就像给侦探配了超级计算机辅助破案。

电子某些清华大学开发的人工智能学习DFT计算数据DOI：10.22541/au.160610603.36832895/v1

材料强度预言师

FeCrCoMnAl的计算结果：在[001]方向能承受7.7GPa的拉力，相当于指甲盖大小面积撑起两头非洲象！更神奇的是，计算预测它会先优雅地变形9%才断裂，后来实验完全验证了这个预言。

高熵合金微观结构电子显微镜图像

能源材料设计

HfRhSb的研究中，计算不仅揭示了高温下的优异性能，还画出了详细的”性能地图”，指导实验人员精准调整配方。太阳能电池材料CuZnSnS“美味”(稳定)。

界面

Sn-Zn钎料要和铝合金”结婚”时，计算就像婚前辅导：添加适量铜能提高”婚姻和谐度”(界面结合强度)。TiN薄膜的光学性质计算则精确到能预测它如何与光”共舞”，为光学镀膜设计提供剧本。

10.1038/nmat4852

想象未来某天，科学家像玩《我的世界》一样，在计算机里用原子搭建新材料，第一性原理计算就是他们的逆向设计：“想要超导材料在室温工作”，计算机自动设计出分子结构。

从量子世界到宏观性能无缝衔接，像用显微镜和望远镜同时观察。

计算设计出的配方直接由机器人合成验证，形成发现闭环。

第一性原理计算证明：最基础的理论往往能爆发最强大的力量。