- 计算材料学--电子结构与原子行为(精)/材料基因组工程丛书
- - 作者：编者:张瑞丰|责编:张冉
  - 出版社：高等教育
  - ISBN：9787040623482
  - 出版日期：2024/10/01
  - 页数：406
- 售价：39.6

内容大纲
本书系统介绍了计算材料学的基本概念、建模思想和计算模拟方法等，共11章，内容涵盖第一性原理计算与经典分子静/动力学模拟两大部分。第一部分从电子结构计算基础、波函数方法和密度泛函理论的角度入手，在分子轨道理论和固体能带理论框架下阐述了分子和固体体系的第一性原理计算方法，展示了电子结构和晶体性能的计算流程。第二部分立足于经典原子行为模拟思想，系统介绍了经验势函数和分子力场、静力学优化方法和动力学数值算法，通过引入统计系综构建起微观与宏观的桥梁。
本书主题鲜明、取材典型、概念清晰、推导严谨，可供高等学校材料、物理、化学、工程等专业高年级本科生和研究生阅读，也可供相关领域科研人员参考。
作者介绍
张瑞丰，北京航空航天大学长聘教授，国家高层次青年人才，德国洪堡学者（Alexander von Humboldt Fellow），美国洛斯阿拉莫斯国家实验室主任博士后学者（Los Alamos Director's Postdoctoral Fellow）。迄今以第一/通讯作者身份在Chemical Reviews、Physics Reports、PNAS、Physical Review Letters、Advanced Materials、Acta Materialia等期刊发表SCI论文110余篇，获发明专利授权11项、软件著作权15项，担任Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering等国际期刊编委和多个材料学术会议（分会）主席。基于自主算法和技术，开发了10余套材料计算和设计软件，如SPaMD、MiedCalc、EAPOT、VASPMATE、AELAS、ADAIS、PNADIS等。
目录
第1章  绪论
  1.1  内容和意义
  1.2  材料计算模拟方法
  1.3  材料设计研发理念
  参考文献
第2章  第一性原理计算基础
  2.1  波函数和态叠加
    2.1.1  波函数统计诠释
    2.1.2  态叠加原理
    2.1.3  全同性原理
  2.2  算符与力学量
    2.2.1  算符
    2.2.2  力学量
  2.3  薛定谔方程
  2.4  微扰理论
    2.4.1  非简并微扰
    2.4.2  简并微扰
  2.5  泛函和变分
    2.5.1  泛函的概念
    2.5.2  变分原理和线性变分
  2.6  群论基础
    2.6.1  群的概念
    2.6.2  点群和空间群
  2.7  常用第一性原理计算软件
  参考文献
第3章  波函数方法和密度泛函理论
  3.1  绝热近似
    3.1.1  多粒子体系的薛定谔方程
    3.1.2  电子与原子核运动的分离
  3.2  波函数方法
    3.2.1  Hartree方法
    3.2.2  Hartree-Fock方法
    3.2.3  Koopmans定理
    3.2.4  Hartree-Fock方法小结
  3.3  密度泛函理论
    3.3.1  Hohenberg-Kohn定理
    3.3.2  Kohn-Sham方程
    3.3.3  Kohn-Sham方法小结
  3.4  交换关联泛函
    3.4.1  均匀电子气模型
    3.4.2  局域密度近似和广义梯度近似
    3.4.3  含动能密度的广义梯度近似
    3.4.4  杂化泛函
  3.5  占位库仑修正
  3.6  范德瓦耳斯色散修正
  参考文献
第4章  分子轨道计算方法
  4.1  分子轨道理论
  4.2  Huckel分子轨道方法
    4.2.1  简单Huickel方法

    4.2.2  扩展Huckel方法
  4.3  从头算分子轨道方法
    4.3.1  闭壳层组态的Roothaan方程
    4.3.2  开壳层组态的Roothaan方程
    4.3.3  从头算自洽场计算流程
    4.3.4  分子轨道的基组选择
    4.3.5  分子的电子关联计算
  4.4  密度泛函分子轨道方法
    4.4.1  分子轨道Kohn-Sham方程
    4.4.2  密度泛函自洽场计算流程
  参考文献
第5章  固体能带计算方法
  5.1  固体能带理论
    5.1.1  布洛赫定理
    5.1.2  能带与能级
  5.2  近自由电子近似和紧束缚近似
    5.2.1  近自由电子近似
    5.2.2  紧束缚近似
  5.3  赝势方法
    5.3.1  正交化平面波
    5.3.2  赝势理论
    5.3.3  模守恒赝势
    5.3.4  超软赝势
  5.4  Muffin-Tin势方法
    5.4.1  Muffin-Tin势
    5.4.2  缀加平面波
    5.4.3  线性缀加平面波方法
    5.4.4  缀加平面波局域轨道方法
  5.5  投影缀加波方法
    5.5.1  投影变换理论
    5.5.2  投影缀加波方法的能量泛函
    5.5.3  投影缀加波方法的哈密顿量
  参考文献
第6章  电子结构与晶体性能
  6.1  电子结构计算
    6.1.1  电荷密度和电子局域函数
    6.1.2  能带结构和能态密度
    6.1.3  轨道重叠和哈密顿布居
    6.1.4  Mulliken布居和Bader电荷
  6.2  晶体结构预测
    6.2.1  热力学稳定性
    6.2.2  结构优化方法
    6.2.3  数据挖掘方法
  6.3  晶格动力学研究
    6.3.1  线性响应方法
    6.3.2  超胞冻声子方法
  6.4  晶体力学性能计算
    6.4.1  弹性性能
    6.4.2  理想强度
  参考文献

第7章  经典分子模拟基础
  7.1  分子静力学概要
  7.2  分子动力学概要
    7.2.1  分子动力学发展历程
    7.2.2  分子动力学工作框图
    7.2.3  分子动力学一般步骤
  7.3  经典分子模拟特征
    7.3.1  分子静力学基本特征
    7.3.2  分子动力学基本特征
    7.3.3  经典分子模拟效率
  7.4  常用经典分子模拟软件
  参考文献
第8章  势函数与分子力场
  8.1  相互作用的概念与分类
  8.2  经验势函数
    8.2.1  简单对势
    8.2.2  金属合金多体势
    8.2.3  共价晶体作用势
    8.2.4  离子晶体作用势
    8.2.5  第一性原理匹配势
  8.3  分子力场
    8.3.1  分子力场概念
    8.3.2  经典分子模型
    8.3.3  分子力场分类
    8.3.4  反应力场
    8.3.5  分子力场参数化
  参考文献
第9章  优化算法和运动方程
  9.1  势能面与过渡态
    9.1.1  势能面概念
    9.1.2  过渡态理论
  9.2  能量最小化方法
    9.2.1  导数求极值方法
    9.2.2  非导数求极值方法
  9.3  过渡态搜索方法
    9.3.1  ART方法
    9.3.2  Dimer方法
    9.3.3  NEB方法
  9.4  经典运动方程
    9.4.1  概念和原理
    9.4.2  拉格朗日方程
    9.4.3  哈密顿方程
  9.5  运动方程数值求解
    9.5.1  Verlet预测算法
    9.5.2  Gear预测校正算法
    9.5.3  算法比较与时间步长
    9.5.4  约束数值算法
  参考文献
第10章  统计系综和主要技术
  10.1  统计系综

    10.1.1  系综的分类
    10.1.2  系综的概率分布
    10.1.3  Liouville方程
    10.1.4  演化算符和Trotter定理
  10.2  系综调控技术
    10.2.1  能量调控技术
    10.2.2  温度调控技术
    10.2.3  压强调控技术
  10.3  模拟计算技术
    10.3.1  模型初始设置
    10.3.2  边界条件选择
    10.3.3  短程相互作用
    10.3.4  长程相互作用
  参考文献
第11章  宏观性能与微观结构
  11.1  各态历经假说和统计均值
  11.2  静态结构和性能计算
    11.2.1  静态结构
    11.2.2  位力定理
    11.2.3  静态性能计算
    11.2.4  涨落与热力学量
  11.3  动态轨迹和性能分析
    11.3.1  均方位移
    11.3.2  关联函数
    11.3.3  线性响应理论
    11.3.4  输运性质
  11.4  微观结构分析方法
    11.4.1  简单近邻原子分析
    11.4.2  近邻向量/张量分析
    11.4.3  原子应力分析
  参考文献

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