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計算材料學--電子結構與原子行為(精)/材料基因組工程叢書

  • 作者：編者:張瑞豐|責編:張冉
  • 出版社：高等教育
  • ISBN：9787040623482
  • 出版日期：2024/10/01
  • 裝幀：精裝
  • 頁數：406
人民幣：RMB 99 元      售價：元
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內容大鋼
    本書系統介紹了計算材料學的基本概念、建模思想和計算模擬方法等，共11章，內容涵蓋第一性原理計算與經典分子靜/動力學模擬兩大部分。第一部分從電子結構計算基礎、波函數方法和密度泛函理論的角度入手，在分子軌道理論和固體能帶理論框架下闡述了分子和固體體系的第一性原理計算方法，展示了電子結構和晶體性能的計算流程。第二部分立足於經典原子行為模擬思想，系統介紹了經驗勢函數和分子力場、靜力學優化方法和動力學數值演算法，通過引入統計系綜構建起微觀與宏觀的橋樑。
    本書主題鮮明、取材典型、概念清晰、推導嚴謹，可供高等學校材料、物理、化學、工程等專業高年級本科生和研究生閱讀，也可供相關領域科研人員參考。
作者介紹
編者:張瑞豐|責編:張冉
    張瑞豐，北京航空航天大學長聘教授，國家高層次青年人才，德國洪堡學者（Alexander von Humboldt Fellow），美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室主任博士後學者（Los Alamos Director's Postdoctoral Fellow）。迄今以第一/通訊作者身份在Chemical Reviews、Physics Reports、PNAS、Physical Review Letters、Advanced Materials、Acta Materialia等期刊發表SCI論文110余篇，獲發明專利授權11項、軟體著作權15項，擔任Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering等國際期刊編委和多個材料學術會議（分會）主席。基於自主演算法和技術，開發了10余套材料計算和設計軟體，如SPaMD、MiedCalc、EAPOT、VASPMATE、AELAS、ADAIS、PNADIS等。
目錄
第1章  緒論
  1.1  內容和意義
  1.2  材料計算模擬方法
  1.3  材料設計研發理念
  參考文獻
第2章  第一性原理計算基礎
  2.1  波函數和態疊加
    2.1.1  波函數統計詮釋
    2.1.2  態疊加原理
    2.1.3  全同性原理
  2.2  算符與力學量
    2.2.1  算符
    2.2.2  力學量
  2.3  薛定諤方程
  2.4  微擾理論
    2.4.1  非簡並微擾
    2.4.2  簡並微擾
  2.5  泛函和變分
    2.5.1  泛函的概念
    2.5.2  變分原理和線性變分
  2.6  群論基礎
    2.6.1  群的概念
    2.6.2  點群和空間群
  2.7  常用第一性原理計算軟體
  參考文獻
第3章  波函數方法和密度泛函理論
  3.1  絕熱近似
    3.1.1  多粒子體系的薛定諤方程
    3.1.2  電子與原子核運動的分離
  3.2  波函數方法
    3.2.1  Hartree方法
    3.2.2  Hartree-Fock方法
    3.2.3  Koopmans定理
    3.2.4  Hartree-Fock方法小結
  3.3  密度泛函理論
    3.3.1  Hohenberg-Kohn定理
    3.3.2  Kohn-Sham方程
    3.3.3  Kohn-Sham方法小結
  3.4  交換關聯泛函
    3.4.1  均勻電子氣模型
    3.4.2  局域密度近似和廣義梯度近似
    3.4.3  含動能密度的廣義梯度近似
    3.4.4  雜化泛函
  3.5  佔位庫侖修正
  3.6  范德瓦耳斯色散修正
  參考文獻
第4章  分子軌道計算方法
  4.1  分子軌道理論
  4.2  Huckel分子軌道方法
    4.2.1  簡單Huickel方法

    4.2.2  擴展Huckel方法
  4.3  從頭算分子軌道方法
    4.3.1  閉殼層組態的Roothaan方程
    4.3.2  開殼層組態的Roothaan方程
    4.3.3  從頭算自洽場計算流程
    4.3.4  分子軌道的基組選擇
    4.3.5  分子的電子關聯計算
  4.4  密度泛函分子軌道方法
    4.4.1  分子軌道Kohn-Sham方程
    4.4.2  密度泛函自洽場計算流程
  參考文獻
第5章  固體能帶計算方法
  5.1  固體能帶理論
    5.1.1  布洛赫定理
    5.1.2  能帶與能級
  5.2  近自由電子近似和緊束縛近似
    5.2.1  近自由電子近似
    5.2.2  緊束縛近似
  5.3  贗勢方法
    5.3.1  正交化平面波
    5.3.2  贗勢理論
    5.3.3  模守恆贗勢
    5.3.4  超軟贗勢
  5.4  Muffin-Tin勢方法
    5.4.1  Muffin-Tin勢
    5.4.2  綴加平面波
    5.4.3  線性綴加平面波方法
    5.4.4  綴加平面波局域軌道方法
  5.5  投影綴加波方法
    5.5.1  投影變換理論
    5.5.2  投影綴加波方法的能量泛函
    5.5.3  投影綴加波方法的哈密頓量
  參考文獻
第6章  電子結構與晶體性能
  6.1  電子結構計算
    6.1.1  電荷密度和電子局域函數
    6.1.2  能帶結構和能態密度
    6.1.3  軌道重疊和哈密頓布居
    6.1.4  Mulliken布居和Bader電荷
  6.2  晶體結構預測
    6.2.1  熱力學穩定性
    6.2.2  結構優化方法
    6.2.3  數據挖掘方法
  6.3  晶格動力學研究
    6.3.1  線性響應方法
    6.3.2  超胞凍聲子方法
  6.4  晶體力學性能計算
    6.4.1  彈性性能
    6.4.2  理想強度
  參考文獻

第7章  經典分子模擬基礎
  7.1  分子靜力學概要
  7.2  分子動力學概要
    7.2.1  分子動力學發展歷程
    7.2.2  分子動力學工作框圖
    7.2.3  分子動力學一般步驟
  7.3  經典分子模擬特徵
    7.3.1  分子靜力學基本特徵
    7.3.2  分子動力學基本特徵
    7.3.3  經典分子模擬效率
  7.4  常用經典分子模擬軟體
  參考文獻
第8章  勢函數與分子力場
  8.1  相互作用的概念與分類
  8.2  經驗勢函數
    8.2.1  簡單對勢
    8.2.2  金屬合金多體勢
    8.2.3  共價晶體作用勢
    8.2.4  離子晶體作用勢
    8.2.5  第一性原理匹配勢
  8.3  分子力場
    8.3.1  分子力場概念
    8.3.2  經典分子模型
    8.3.3  分子力場分類
    8.3.4  反應力場
    8.3.5  分子力場參數化
  參考文獻
第9章  優化演算法和運動方程
  9.1  勢能面與過渡態
    9.1.1  勢能面概念
    9.1.2  過渡態理論
  9.2  能量最小化方法
    9.2.1  導數求極值方法
    9.2.2  非導數求極值方法
  9.3  過渡態搜索方法
    9.3.1  ART方法
    9.3.2  Dimer方法
    9.3.3  NEB方法
  9.4  經典運動方程
    9.4.1  概念和原理
    9.4.2  拉格朗日方程
    9.4.3  哈密頓方程
  9.5  運動方程數值求解
    9.5.1  Verlet預測演算法
    9.5.2  Gear預測校正演算法
    9.5.3  演算法比較與時間步長
    9.5.4  約束數值演算法
  參考文獻
第10章  統計系綜和主要技術
  10.1  統計系綜

    10.1.1  系綜的分類
    10.1.2  系綜的概率分佈
    10.1.3  Liouville方程
    10.1.4  演化算符和Trotter定理
  10.2  系綜調控技術
    10.2.1  能量調控技術
    10.2.2  溫度調控技術
    10.2.3  壓強調控技術
  10.3  模擬計算技術
    10.3.1  模型初始設置
    10.3.2  邊界條件選擇
    10.3.3  短程相互作用
    10.3.4  長程相互作用
  參考文獻
第11章  宏觀性能與微觀結構
  11.1  各態歷經假說和統計均值
  11.2  靜態結構和性能計算
    11.2.1  靜態結構
    11.2.2  位力定理
    11.2.3  靜態性能計算
    11.2.4  漲落與熱力學量
  11.3  動態軌跡和性能分析
    11.3.1  均方位移
    11.3.2  關聯函數
    11.3.3  線性響應理論
    11.3.4  輸運性質
  11.4  微觀結構分析方法
    11.4.1  簡單近鄰原子分析
    11.4.2  近鄰向量/張量分析
    11.4.3  原子應力分析
  參考文獻

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