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材料高通量集成計算方法與實踐/材料基因工程叢書

  • 作者：孫志梅|責編:張淑曉//孫靜惠|總主編:張統一//謝建新
  • 出版社：科學
  • ISBN：9787030803757
  • 出版日期：2024/12/01
  • 裝幀：平裝
  • 頁數：462
人民幣：RMB 188 元      售價：元
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內容大鋼
    本書深入凝練了材料基因工程的關鍵科學和技術問題，從多個維度論述了材料基因工程的基礎與實踐。內容涵蓋了材料基因工程思想的基本內涵、材料智能設計平台、材料關鍵性能的高效計算演算法、面向特定功能材料的高通量篩選標準和流程、計算與實驗融合的新材料和器件研發等。
    本書適合計算材料學、材料基因工程、材料科學、半導體等領域從事研究和教學的科研人員、大學教師、研究生、本科生閱讀和參考。
作者介紹
孫志梅|責編:張淑曉//孫靜惠|總主編:張統一//謝建新
目錄
叢書序
序
前言
第1章  材料高通量智能設計平台ALKEMIE
  1.1  材料基因工程簡介
    1.1.1  材料基因工程發展與概述
    1.1.2  高通量自動計算概述
    1.1.3  材料資料庫概述
    1.1.4  材料人工智慧概述
  1.2  高通量計算軟體和材料資料庫國內外發展現狀
    1.2.1  國外發展現狀
    1.2.2  國內發展現狀
  1.3  多尺度集成可視化的高通量自動計算流程及數據管理智能平台ALKEMIE
    1.3.1  AMDIV設計理念
    1.3.2  基礎架構
    1.3.3  功能特色
    1.3.4  服務端多平台部署
    1.3.5  客戶端試用及安裝
    1.3.6  平台概覽
  1.4  材料自動建模及模型可視化
    1.4.1  高通量建模方法
    1.4.2  高通量處理器：高通量建模與工作流的耦合
    1.4.3  結構可視化
  1.5  高通量計算科學工作流
    1.5.1  高通量第一性原理計算工作流
    1.5.2  跨尺度計算模擬
    1.5.3  高通量工作流運行狀態查看和調整
  1.6  多用途材料資料庫
    1.6.1  材料結構資料庫
    1.6.2  高通量工作流資料庫
    1.6.3  材料性能資料庫
  1.7  材料可視化數據分析
  1.8  材料人工智慧技術
    1.8.1  ALKEMIE機器學習概述
    1.8.2  可視化機器學習
  參考文獻
第2章  神經網路勢函數與大規模分子動力學模擬
  2.1  大規模分子動力學模擬原子間相互作用勢概述
    2.1.1  對勢模型
    2.1.2  多體相互作用勢
  2.2  神經網路勢函數概述
    2.2.1  低維度機器學習勢函數
    2.2.2  高維度神經網路勢函數
    2.2.3  考慮長程相互作用的神經網路勢函數
    2.2.4  考慮全局結構和電荷分佈的神經網路勢函數
  2.3  多尺度機器學習勢函數方法
    2.3.1  PotentialMind多尺度機器學習勢函數方法概述
    2.3.2  基於第一性原理的機器學習數據集構建方法
    2.3.3  材料結構描述符方法
    2.3.4  深度神經網路訓練方法

    2.3.5  基於神經網路勢函數的大規模分子動力學模擬方法
  2.4  二元Sb2Te3神經網路勢函數及大規模分子動力學模擬
    2.4.1  神經網路初始模型構建
    2.4.2  第一性原理和機器學習方法
    2.4.3  Fingerprint：適用於Sb2Te3的結構描述符
    2.4.4  Generate：第一性原理高通量靜態計算
    2.4.5  Training：深度神經網路模型訓練
    2.4.6  Predict：基於深度神經網路勢函數的原子能量和受力預測
    2.4.7  MD：基於深度神經網路勢函數的大規模分子動力學模擬
  參考文獻
第3章  半導體能帶的高通量計算
  3.1  半導體能帶計算概述
    3.1.1  半導體能帶結構的重要性
    3.1.2  半導體能帶計算的歷史
  3.2  密度泛函理論的帶隙問題
    3.2.1  交換-關聯泛函缺乏導數不連續性
    3.2.2  離域化錯誤
    3.2.3  電子自相互作用
    3.2.4  交換能不精確
    3.2.5  准粒子觀點
    3.2.6  自能修正與DFT-1/2方法
    3.2.7  DFT-1/2方法的自能勢、截斷函數及其局限性
  3.3  shell DFT-1/2計算方法
    3.3.1  shell DFT-1/2能帶計算方法的提出
    3.3.2  金剛石和硅的比較
    3.3.3  半導體鍺能帶的從頭計算
  3.4  用shell DFT-1/2方法實現半導體能帶的高效計算
    3.4.1  使用shell DFT-1/2方法進行高通量計算的步驟
    3.4.2  對Ⅲ-Ⅴ半導體的計算範例
  參考文獻
第4章  材料計算中的不確定性及其量化演算法
  4.1  材料計算中的不確定性
  4.2  參數不確定性量化——廣義多項式混沌與體積模量估測
    4.2.1  廣義多項式混沌方法
    4.2.2  Ti3SiC2材料系統的體積模量
    4.2.3  Sb2Te3材料系統的體積模量
  4.3  逆問題——多元合金的互擴散係數
    4.3.1  基於壓縮感知的不確定性量化演算法
    4.3.2  基於高斯過程的不確定性量化演算法
    4.3.3  方法小結與討論
  4.4  總結
  參考文獻
第5章  銻碲相變存儲材料最佳摻雜元素的高通量篩選
  5.1  大數據與高通量篩選
  5.2  相變存儲器與相變存儲材料
  5.3  銻碲相變存儲材料最佳摻雜元素篩選
  5.4  銻碲相變存儲材料最佳摻雜元素驗證
    5.4.1  摻雜結構
    5.4.2  電子結構與電熱輸運性質
    5.4.3  非晶態熱穩定性

  參考文獻
第6章  釔銻碲高性能相變存儲器
  6.1  釔銻碲相變材料製備與表徵
  6.2  釔銻碲相變存儲器集成與性能測試
  6.3  釔銻碲多級相變存儲與相變機理
  6.4  釔銻碲基高性能相變存儲器
  參考文獻
第7章  多元材料的結構搜索與阻變存儲材料設計
  7.1  多組元阻變存儲材料簡介
  7.2  三元單層過渡金屬二硫化物的結構與性質
    7.2.1  計算方法
    7.2.2  三元TMDC的基態原子結構搜索
    7.2.3  三元TMDC的結構穩定性分析
    7.2.4  三元TMDC的電子結構
  7.3  三元雙層MoS2-xOx材料的半導體-金屬轉變
    7.3.1  引言
    7.3.2  計算方法
    7.3.3  基於團簇展開法的MoS2-xOx原子結構搜尋
    7.3.4  MoS2-xOx結構的電子結構計算
    7.3.5  MoS2-xOx結構的動力學穩定性
    7.3.6  雙層MoS2-xOx的半導體-金屬轉變探究
    7.3.7  SMT的電子尺度根源
  7.4  團簇展開方法和遺傳演算法的集成與應用
    7.4.1  引言
    7.4.2  遺傳演算法
    7.4.3  pyGACE策略
    7.4.4  pyGACE實例應用
  參考文獻
第8章  超低熱導率與高熱電優值材料的高通量第一性原理計算
  8.1  超低熱導率新型Ⅳ-Ⅴ-Ⅵ族層狀半導體
    8.1.1  研究背景與計算方法
    8.1.2  結構穩定性
    8.1.3  晶格熱導率
    8.1.4  低晶格熱導率機理
    8.1.5  基於機器學習預測Ⅳ-Ⅴ-Ⅵ半導體熱電性能
    8.1.6  電子結構
    8.1.7  熱電輸運性質
  8.2  高通量篩選優良高溫熱電性能的新型金屬氧化物
    8.2.1  研究背景和計算方法
    8.2.2  氧化物結構和成分篩選
    8.2.3  電子結構篩選
    8.2.4  晶格熱導率篩選
    8.2.5  候選氧化物的電輸運性能
    8.2.6  候選氧化物的熱輸運性能
    8.2.7  候選氧化物的品質因子
  參考文獻
第9章  新型功能半導體的理論設計
  9.1  二維Janus磁性半導體
    9.1.1  領域現狀
    9.1.2  晶體結構與電子結構

    9.1.3  合成方法
    9.1.4  磁性基態
    9.1.5  應變下的電磁性質研究
    9.1.6  電子結構研究
  9.2  新型超寬頻隙半導體
    9.2.1  領域現狀
    9.2.2  晶體結構與高壓相變
    9.2.3  三方YOBr的合成及其電子結構
    9.2.4  單層的製備與穩定性
    9.2.5  應變下的單層
    9.2.6  光吸收與光催化
  9.3  二維In2Ge2Te6多功能半導體
    9.3.1  領域現狀
    9.3.2  晶體結構與電子結構
    9.3.3  實驗製備可行性
    9.3.4  晶體穩定性
    9.3.5  量子相變
    9.3.6  范德瓦耳斯壓力下的原子堆垛
    9.3.7  光電性質
  9.4  新型高性能三元硫族光電半導體的高通量設計
    9.4.1  研究背景與計算方法
    9.4.2  原型晶體結構與計算材料資料庫
    9.4.3  高通量計算篩選
    9.4.4  光伏性能
    9.4.5  晶體穩定性與電子結構
  9.5  本章小結
  參考文獻
第10章  硫系玻璃的第一性原理與分子動力學模擬
  10.1  相變存儲器及硫系玻璃的物理性質
    10.1.1  相變存儲器
    10.1.2  硫系相變存儲材料
    10.1.3  相變存儲機制
    10.1.4  硫系選通管材料及閾值轉換機制
  10.2  非晶材料的建模和分析方法
    10.2.1  第一性原理分子動力學
    10.2.2  非晶模型結構分析方法
  10.3  傳統硫系相變玻璃的局部結構和動力學模擬
    10.3.1  非晶Ge-Sb-Te的局部結構和動力學模擬
    10.3.2  非晶Sb-Te的局部結構和動力學模擬
    10.3.3  非晶Ge-Sb的超快結晶機制
    10.3.4  非晶Te的局部結構模擬
  10.4  新型相變材料的非晶結構設計與材料改性
    10.4.1  銻基相變材料模擬和設計
    10.4.2  碳摻雜高穩定相變存儲材料
    10.4.3  鉻摻雜反常相變存儲材料
    10.4.4  鉀摻雜多級相變存儲材料
  10.5  硫系選通管材料的模擬設計
  參考文獻
第11章  二維范德瓦耳斯異質結的設計與應用
  11.1  范德瓦耳斯異質結的基本概念

    11.1.1  范德瓦耳斯異質結的定義
    11.1.2  二維范德瓦耳斯異質結的分類
  11.2  范德瓦耳斯異質結集成計算與智能設計
    11.2.1  高通量數據集成計算的發展
    11.2.2  半經驗范德瓦耳斯修正方法
    11.2.3  二維材料的晶格匹配
    11.2.4  范德瓦耳斯異質結的形成能與結合能
  11.3  MXene基異質結太陽能電池
  11.4  范德瓦耳斯異質結光催化分解水
  11.5  范德瓦耳斯異質結鋰離子電池陽極
    11.5.1  黑磷/TiC2范德瓦耳斯異質結鋰離子電池柔性陽極
    11.5.2  藍磷/MS2（M=Nb、Ta）異質結鋰離子電池柔性陽極
  11.6  范德瓦耳斯異質結光電子器件
    11.6.1  黑磷/MS3（M=Ti、Hf）范德瓦耳斯異質結光電子器件
    11.6.2  石墨烯/InSe范德瓦耳斯異質結光電子器件
  參考文獻
第12章  新型二維過渡金屬碳/氮化物的結構與性能設計
  12.1  新型二維過渡金屬碳/氮化物的結構設計
    12.1.1  研究背景與計算方法
    12.1.2  MoxCy結構預測和穩定性分析
    12.1.3  MoxCy電子性質
    12.1.4  其他富碳MxCy結構
    12.1.5  Janus結構的設計
    12.1.6  Janus結構的電子性質
  12.2  新型二維過渡金屬碳化物在能源存儲中的應用
    12.2.1  研究背景與計算方法
    12.2.2  Li/Na在二維MoxCy上的吸附
    12.2.3  Li/Na在二維MoxCy上的擴散行為
    12.2.4  二維MoxCy對Li/Na的理論比容量
    12.2.5  二維MoxCy吸附Li/Na原子的開路電壓
    12.2.6  穩定性和工作機制分析
  12.3  二維過渡金屬碳化物電催化水分解和氧還原反應
    12.3.1  研究背景與計算方法
    12.3.2  二維MC2的溶液穩定性
    12.3.3  析氫反應
    12.3.4  析氧和氧還原反應
  12.4  新型二維過渡金屬碳化物在電催化氮還原中的應用
    12.4.1  研究背景與計算方法
    12.4.2  N2的吸附和活化
    12.4.3  NRR化學熱力學
    12.4.4  NRR機制
  12.5  二維過渡金屬氮化物Janus結構光催化水分解反應
    12.5.1  研究背景與計算方法
    12.5.2  電子性質和能帶排列
    12.5.3  光學性質
    12.5.4  載流子遷移率
    12.5.5  光催化水分解反應
  參考文獻

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