納米材料理論計算方向怎麼樣？

主要做納米熱力學理論計算，不用進實驗室的那種，這個方向將來前景怎麼樣？

利益相關，PhD已畢業，正在做博後，但我的科研戾氣比較重，所以就匿了。

首先你要搞清楚自己的定位：

1.背景和能力。你是否出身名校？是否數理基礎很好？是否具備很強的科研探索和學習能力？

2.對未來的目標和預期。將來希望去國外找Faculty？還是回國青千百人再努力往上爬？還是找個差一本或者二本混個講師副教授享受安逸？

3.自己是否是對科研真的很有興趣？還是隻是把科研當做一個飯碗，發文章賺績效獎勵？

從你提問的這個行為和方式上，我做一個大膽猜測，你應該不是那種個人能力很出色背景特別好的研究生（如有冒犯請見諒，因為我認識的做理論計算很出色的並且拿到名校的AP或者青千offer的，基本都是清北華五齣身，最差也是中上游985）。假設你對科研有一定興趣，但並沒有特彆強烈，高深的學問鑽研不來，將來想找個偏向安逸的position，同時具備自己灌水發文章混funding和抱實驗大腿的能力。接下來，我從一個比較功利的角度來給你一些建議。（僅僅是我的個人看法，不想和任何人對噴）

計算模擬的優勢：首先，搞納米材料的計算模擬，是一個很流行很喫香，且有市場有需求的方向。很多學校的實驗組，都希望能找個做計算模擬的輔助手。並且，按現在的行情，想發稍微好一點的文章（納米能源材料灌水文），沒有計算模擬輔助的話，很難入編輯和審稿人的眼。其次，只要找好方向，理論模擬的上手門檻並不高，哪怕你老闆不懂什麼，你也可以在網上找資源自學。從科研成本來說的話，搞理論模擬的成本是比較低的，只要學校有計算機或者提供超算，或者你可以買到國家超算中心的機時或者租一些nodes，在你熟悉了一些套路的前提下，把任務交上去掛著等結果就可以了。這期間，自己想幹嘛就幹嘛，可以看劇打遊戲逛淘寶。拿我的某個朋友舉個例子，早上交一波任務，然後開始喫雞，到了中午收割一波結果，然後又交一波任務，然後去喫飯，喫完飯看劇或者喫雞，到了下午五六點，收割一波結果，處理數據，然後下班喫飯。更努力點的學生，會在喫晚飯之前再交波任務，然後晚上打幾局LOL後十一二點左右收割結果，然後回去睡覺。週末可以在家工作，寒暑假也可以在家工作。一年水個一兩篇sci二三區文章很輕鬆，發點狠得話，可以搞四五篇。如果有大佬罩著，沖沖一區甚至是jacs也不是不可能。

方向的選擇偏向：盡量做對物理知識要求不高的方向，學上手簡單卻實用的套路。我推薦下列以DFT為唯一理論工具的灌水套餐，學會VASP或者MS-CASTEP即可一招鮮喫遍天：

1. 表面吸附，表面反應，傳統催化，電催化。這個套餐上手很簡單，計算參數設置好，模型建好，然後做結構優化，算出三個能量，然後通過加減運算得到吸附能。如果老闆節操足夠低的話，算了一堆吸附能其實就可以灌水發文章了。如果要做完整的表面反應，無非就是多一些中間體的吸附能計算罷了，找出最優反應路徑，其本質還是DFT輸出能量然後再加減乘除。做傳統催化的話，一般往往還會加個NEB算能壘，這個比較耗時間。如果是電催化的話，加個電壓修正能量就ok了，excel表格一秒鐘解決。這個套餐的優勢是上手很容易，本科生認真學的話，兩個月就能開始做東西。只需要你對最基本的表面物理化學有所瞭解即可，例如知道什麼是反應過渡態。現在是能源材料時代，各種HER， OER， ORR， CO2 reduc， N2 reduc 反應滿天飛。學會這個套餐很容易和實驗組合作發好文章，甚至抱上大腿一起混funding。一個人單幹的話，只要數據量大可靠，寫作還可以，jpcc，pccp也基本沒問題。（我審過不少稿子，大多數國內非名校的計算文章基本都是這個套路，屬於套路低級，但數據量比較大的工作，中規中矩，對工作的自我定位很清楚。）並不是鄙視這樣的工作，畢竟大家都要喫飯不是？是可以理解的。

2. 離子電池，鋰電，納電，鉀電，X電。DFT算出能量，加減一下，算出binding energy，OCV後就可以發文章了。節操高一點的老闆，會讓你再跑個MD算個Phonon來看看材料的穩定性。現在電池方向這麼熱，這個電池套餐很好抱大腿。自己單幹也可以灌灌水。節操想再高一點的話，學點結構搜索的技術，例如CALYPSO，USPEX，或者Cluster expansion啥的，在鋰電領域也很有用。當然，還有kmc做動力學模擬。

3. 半導體，光催化。我對這個領域不是很熟，就淺談一下看法。就我讀文獻的體會而言，在jpcc level以及之下文章，基本就是算能帶結構，然後和水的電化學窗口對比。也有的會和電催化計算一樣做一做反應路徑。就這個程度來說的話，上手不難。

4. 大批量計算（非高通量計算），材料設計，新型二維材料加簡化版套餐123。舉個例子：例如，我剛剛學會了怎麼算HER，想設計新材料。現在石墨烯已經做爛了，我往石墨烯上擺個過渡金屬原子M（表面吸附或者取代C），然後算一下和氫原子的結合能。由於我特別熟練套餐1，於是我把每一個過渡金屬原子都試著擺到石墨烯上算個HER，結果發現某幾種或某一種特別牛逼，又或者發現了什麼規律，這樣就可以灌一篇了。如果要再fancy一點，可以找找descriptor，或者結合一下高通量篩選和簡單的機器學習。這個套路很能抓熱點，做起來不難，有點拼資源，可能運氣好能碰中高檔次文章（如果通訊作者有大牛罩著的話）。最重要的是，可持續性好！我今天玩HER，明天玩ORR，後天玩CO2！我今年搞石墨烯，明年搞C3N4，後年可以試試硅烯磷烯！

發文章的定位和建議（僅僅只談自己一作的情況）：

1.若老闆默默無聞非大牛，那麼jpcc，pccp基本就是up-limit了。jpcc往下還可以有CTC，JTCC，CPL，Mol Sim 等等。博士畢業能發個十幾篇二三區的文章也是很嚇人的！

2.如果有很好很fancy的結果，例如設計的某種材料的某性能很牛逼，可以試試JACS，Nat Comm等等。

3.如果計算內容和結果一般，但有實驗結合佐證，也可以沖沖好雜誌。

4.如果工作內容和水平一般，但有善良的大牛願意賣節操挺你，那你很幸運，大牛光環可能可以把jpcc級別的工作推到jacs上。（我絕不是在影射UCLA的某老頭）

5.純材料計算模擬的文章，JACS基本就是上限了，不要妄想NS正刊。但通過給大牛實驗組打輔助做計算，還是有可能去NS正刊上走一波的。

DFT技工的硬傷：光修招式不修內功，碰到真正高手會被摁在地上摩擦。套餐1234的特點很明顯，那就是理論方法是別人發明的，學起來很容易上手，可以快速出產科研成果。但這樣的量產科研成果，其實就是拿時間換來的，說白了就是體力活，對姿勢水平的提升不大。畢竟每個人每天都只有二十四小時，別人拿來提升姿勢水平的時間你在那寫套路文灌水，那你的科研水平就會一直原地踏步。這種固定套路換體系的做法，很適合去二本搞計算的人，可以灌很多水文拿績效獎勵，現在還可以玩得下去，但十幾年後說不定會被人工智慧完全取代。如果走這條路的話，千萬別去開國際會議，因為你很可能會被一些博士生摁在地上摩擦，畢竟做完報告後的QA環節被人打臉也是很尷尬的。我開會時候見過拿著vasp發了十幾篇一作的博士連泛函和贗勢的概念都混淆不清，結果在臺上被問得一臉尷尬，壓根就理解不了別人提的問題。

別問我為什麼這麼aggressive, 我就是一個沒有paper的科研loser，嫉妒那些文章多的人。

要做就靜下心去做方法吧

原理都沒學清楚就去跟風用商業程序，到頭來計算結果沒物理意義，還被培訓班割了韭菜

過渡態農民與過柱工沒有本質上的區別，是遲早會被淘汰的

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個人感覺，現在很多納米牛組文章的計算都是很有問題的。納米級的模型，DFT和後HF根本算不動，AIMD也做不了，經典力學描述不了，大家只能扒拉幾個高度簡化的模型體系湊合著用。審稿的看著和實驗對得上，就閉著眼給過了，實際上都沒法generalize。

必然需要method層面的發展才能解決這個問題，不然只能是用著簡陋的不靠譜的模型，浪費機時去湊更不靠譜的實驗結果。

算是多尺度計算材料學的一環，無機其實比較好解決，普遍是(超)晶格+邊界條件+DFT處理，更大規模的上分子動力學或者蒙特卡羅，如果泛函和模型選得好，結果還可以接受。有機或其他無定形的體系比較麻煩，涉及電子激發態的問題，當前量子化學的方法都計算不了這麼大的體系，只能用ONIOM，比較考驗經驗和建模。基態的性質用分子動力學大多可以模擬，就是重複性有時候比較糟糕。至於前景麼？如果只是做模擬的話門檻比較低，還是需要和實驗結合。做方法學的話，對數理基礎甚至並行計算等方面要求較高，國內沒什麼合適的研究組。還有就是做硬體，量化或分子動力學的專業晶元和超算，像ANTON。

搞計算還不如轉行做碼農得了

如果只是拿著軟體算的話，說實話還不如把實驗技巧練好，雖然現在不比以前，大家都知道計算很重要了，但是精湛的合成技術仍然是門手藝活，出神入化的實驗技巧和一般結果那真是天壤之別。如果想做方法的話，確實能學到很多知識，不過同樣對基礎要求很高，個人認為最重要的是也是最難讓人接受的是很有可能遇到你鑽研半年想出來的點子結果別人做實驗的一句話就打發了的情況，心裡十分不平衡有木有，畢竟這個時代沒人注意理論細節究竟合不合理，大多數也只是強行dft計算裝點門面罷了，得做好別人影響因子破百自己只能兩篇文章勉強畢業的覺悟。。。如果僅僅只是想通過當「過度態農民」逃避實驗、投機取巧或者尋求轉行的話，可能計算會成為一個包袱。建議還是磨練好實驗技能或者是趁著出去實習找工作，免得無腦地套用商業軟體把自己整成四不像。我認識一個在有機組裡做計算的，他老闆天天讓他中午休息的時候無腦用post-HF尋找過渡態，就這樣還要和別人一起篩反應過柱子，比他同組人苦逼多了，當然他們組沒有不苦逼的。說白了，還是要擺正心態，做實驗是做科研，做計算還是做科研，你並沒有轉行對不對，計算本身不能給你除了讓結果更加深刻、文章檔次高之外帶來其它什麼東西，計算是化學未來重要的發展方向，可是並不是捷徑讓你投機取巧，本身沒有超越科研這個範疇。哪條路都是不好走的，得自己動腦子，關鍵還是看高票答案的那幾點，結合自己的情況選擇。

兄弟，搞計算不如做製備做應用，搞計算髮不了好文章，但是搞製備加上應用，最後來點理論計算，就是高水平文章。

我不是專業人士，不能給出具有指導性的回答。本著感謝邀請的態度。說一下我的看法，僅供參考。納米技術，尤其納米材料，應用的範圍很廣。納米材料，堅實輕便，強度很高。製造業，建築行業，醫療行業，軍工業，都比較青睞這種材料。理論計算是納米材料的衍生科學。納米材料應用的越廣泛，勢必會給材料的理論計算帶來更多活力。材料學，其中包括研發，鑒定，生產，推廣，應用。其中研發和鑒定就非常倚重理論計算。沒有理論的支撐，材料也很難被研發出來，也就不能推廣。綜上所述。我認為，你的擇業方向還是很有前景的。以上。

計算方向還是好的，但是不知道你是從物理角度出發，還是化學角度。