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計算材料學(教育部高等學校材料類專業教學指導委員會規劃教材)

  • 作者：編者:周健//陸海鳴//楊玉榮//黃厚兵//張超等|責編:陶艷玲
  • 出版社：化學工業
  • ISBN：9787122436177
  • 出版日期：2023/10/01
  • 裝幀：平裝
  • 頁數：234
人民幣：RMB 69 元      售價：元
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內容大鋼
    《計算材料學》介紹了計算材料學的基本概念以及若干常用的計算方法，包括第一性原理密度泛函理論計算、分子動力學方法、蒙特卡羅方法、相場模擬方法以及光學超晶格、光子晶體、聲子晶體的設計和計算。本書內容豐富，涉及了現代材料計算中常見的材料體系和模擬方法。在講解計算方法時，注重理論和實踐相結合，先從基本理論出發，然後結合程序給出若干計算實例，並給出可供下載的代碼。此外，本書引入了較多科研前沿內容和實例，方便讀者了解計算材料學的最新發展。
    本書適合作為高等院校材料類和物理類專業高年級本科生或研究生的教材。
作者介紹
編者:周健//陸海鳴//楊玉榮//黃厚兵//張超等|責編:陶艷玲
目錄
第1章  緒論
  1.1  計算材料學簡介
  1.2  常見計算模擬方法
  1.3  多尺度模擬
  1.4  機器學習和計算材料學
  1.5  展望
  參考文獻
第2章  第一性原理材料計算
  2.1  第一性原理計算概述
  2.2  晶體結構和對稱性
    2.2.1  點陣、基矢和元胞
    2.2.2  點陣的分類
    2.2.3  常見晶體結構
    2.2.4  晶體對稱性
    2.2.5  點群和空間群
    2.2.6  原子坐標
    2.2.7  倒易點陣和布里淵區
  2.3  電子能帶結構概述
    2.3.1  布洛赫定理
    2.3.2  玻恩-馮·卡門邊界條件
    2.3.3  電子能帶結構
  2.4  密度泛函理論
    2.4.1  絕熱近似和單電子近似
    2.4.2  Hohenberg-Kohn定理和Kohn-Sham方程
    2.4.3  交換關聯勢
    2.4.4  平面波截斷能
    2.4.5  綴加平面波基組和原子軌道基組
    2.4.6  正交化平面波和贗勢方法
    2.4.7  密度泛函程序
  2.5  VASP程序介紹及計算例子
    2.5.1  VASP程序簡介
    2.5.2  電子能帶和態密度計算
    2.5.3  聲子能帶和態密度計算
    2.5.4  晶格熱導率計算
  2.6  Quantum ESPRESSO程序介紹及計算例子
    2.6.1  Quantum ESPRESSO程序簡介
    2.6.2  電子能帶和態密度程序簡介
  2.7  OpenMX程序介紹及計算例子
    2.7.1  OpenMX程序簡介
    2.7.2  電子能帶、態密度和費米面計算
    2.7.3  光學性質計算
  習題
  參考文獻
第3章  分子動力學
  3.1  分子動力學概述
  3.2  分子動力學基本知識
    3.2.1  引言
    3.2.2  分子動力學中的原子模型
    3.2.3  分子動力學的工作原理
  3.3  勢能函數

    3.3.1  兩體勢
    3.3.2  無方向性多體勢
    3.3.3  考慮角度效應的多體勢
    3.3.4  勢參數的確定
  3.4  分子動力學方程的數值求解
    3.4.1  N原子體系
    3.4.2  Verlet演算法
    3.4.3  「跳蛙」演算法
    3.4.4  預測-校正演算法
  3.5  分子動力學的計算流程
    3.5.1  預設置
    3.5.2  初始條件設置
    3.5.3  平衡
    3.5.4  模擬結果分析
  3.6  分子動力學應用舉例
    3.6.1  鋁的勢能曲線
    3.6.2  鎳團簇的熔化
    3.6.3  鎳納米顆粒的燒結
    3.6.4  氬氣的速度分佈
    3.6.5  Si（001）表面上沉積SiC
    3.6.6  金納米線的屈服機制
    3.6.7  石墨烯納米帶包裹的水納米液滴
  習題
  參考文獻
第4章  蒙特卡羅方法
  4.1  蒙特卡羅方法概述
  4.2  隨機變數
  4.3  大數定理和中心極限定理
  4.4  隨機數和隨機抽樣
    4.4.1  隨機數
    4.4.2  離散型直接抽樣法
    4.4.3  連續型直接抽樣法
    4.4.4  變換抽樣法
    4.4.5  重要抽樣法
  4.5  蒙特卡羅方法的應用
    4.5.1  數值積分
    4.5.2  Metropolis演算法
    4.5.3  Ising模型
    4.5.4  鐵電相變模擬
    4.5.5  有限尺寸效應
  習題
  參考文獻
第5章  相場模擬
  5.1  相場模擬的基本原理
  5.2  相場模擬的物理與數學基礎
    5.2.1  朗道相變理論
    5.2.2  彈性理論基礎
    5.2.3  變分問題
  5.3  鐵電材料的相場模型
  5.4  相場方程的求解

    5.4.1  有限差分法介紹
    5.4.2  相場方程的有限差分格式
    5.4.3  有限差分法求解相場方程的案例
  5.5  相場模擬鐵電疇結構演化
    5.5.1  相場模擬驗證實驗結果
    5.5.2  相場模擬引導實驗方向
  習題
  參考文獻
第6章  光學超晶格材料設計
  6.1  非線性光學與非線性晶體材料
  6.2  光學超晶格材料
  6.3  准相位匹配方法的基本原理
  6.4  超晶格結構設計與諧波耦合方程
  6.5  准周期、雙周期和非周期超晶格結構設計
  6.6  新型相位匹配方法雜例
  習題
  參考文獻
第7章  光/聲子晶體能帶計算
  7.1  光/聲子晶體概述
    7.1.1  麥克斯韋方程組及其本征值問題
    7.1.2  光子晶體中的布洛赫定理
    7.1.3  聲波波動方程與聲子晶體
    7.1.4  縮放定則與對稱性
    7.1.5  光/聲子晶體系統與電子系統的比較
  7.2  光/聲子晶體能帶計算方法
    7.2.1  平面波展開
    7.2.2  多重散射
    7.2.3  差分轉移矩陣
    7.2.4  時域有限差分
    7.2.5  有限元
    7.2.6  緊束縛近似
    7.2.7  k·p方法
  7.3  一維周期系統
    7.3.1  一維多層膜光子晶體能帶
    7.3.2  離軸傳輸與投影能帶
    7.3.3  導納匹配與邊界態
    7.3.4  數值計算與超元胞法
  7.4  二維光/聲子晶體
    7.4.1  線缺陷波導與點缺陷微腔
    7.4.2  等頻面與多類型折射
    7.4.3  磁光光子晶體與量子霍爾效應
    7.4.4  聲能谷態
    7.4.5  聲量子自旋霍爾效應
  7.5  本章小節
  習題
  參考文獻

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