Fundamentals of Time-Dependent Density Functional Theory

Fundamentals of Time-Dependent Density Functional Theory pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Springer
作者:Marques, Miguel A. L.; Maitra, Neepa T.; Nogueira, Fernando Manuel Da Silva
出品人:
页数:591
译者:
出版时间:2012-1-19
价格:USD 119.00
装帧:Paperback
isbn号码:9783642235177
丛书系列:
图书标签:
  • TDDFT
  • DFT
  • 数学
  • 2012
  • 理论化学
  • 多体理论
  • 化学
  • of
  • Density Functional Theory
  • Time-Dependent DFT
  • Quantum Chemistry
  • Computational Physics
  • Electronic Structure
  • Molecular Dynamics
  • Spectroscopy
  • Excited States
  • Many-Body Perturbation Theory
  • Materials Science
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具体描述

There have been many significant advances in time-dependent density functional theory over recent years, both in enlightening the fundamental theoretical basis of the theory, as well as in computational algorithms and applications. This book, as successor to the highly successful volume Time-Dependent Density Functional Theory (Lect. Notes Phys. 706, 2006) brings together for the first time all recent developments in a systematic and coherent way. First, a thorough pedagogical presentation of the fundamental theory is given, clarifying aspects of the original proofs and theorems, as well as presenting fresh developments that extend the theory into new realms-such as alternative proofs of the original Runge-Gross theorem, open quantum systems, and dispersion forces to name but a few. Next, all of the basic concepts are introduced sequentially and building in complexity, eventually reaching the level of open problems of interest. Contemporary applications of the theory are discussed, from real-time coupled-electron-ion dynamics, to excited-state dynamics and molecular transport. Last but not least, the authors introduce and review recent advances in computational implementation, including massively parallel architectures and graphical processing units. Special care has been taken in editing this volume as a multi-author textbook, following a coherent line of thought, and making all the relevant connections between chapters and concepts consistent throughout. As such it will prove to be the text of reference in this field, both for beginners as well as expert researchers and lecturers teaching advanced quantum mechanical methods to model complex physical systems, from molecules to nanostructures, from biocomplexes to surfaces, solids and liquids. From the reviews of LNP 706: "This is a well structured text, with a common set of notations and a single comprehensive and up-to-date list of references, rather than just a compilation of research articles. Because of its clear organization, the book can be used by novices (basic knowledge of ground-state DFT is assumed) and experienced users of TD-DFT, as well as developers in the field." (Anna I. Krylov, Journal of the American Chemical Society, Vol. 129 (21), 2007) "This book is a treasure of knowledge and I highly recommend it. Although it is a compilation of chapters written by many different leading researchers involved in development and application of TDDFT, the contributors have taken great care to make sure the book is pedagogically sound and the chapters complement each other [...]. It is highly accessible to any graduate student of chemistry or physics with a solid grounding in many-particle quantum mechanics, wishing to understand both the fundamental theory as well as the exponentially growing number of applications. [...] In any case, no matter what your background is, it is a must-read and an excellent reference to have on your shelf." Amazon.com, October 15, 2008, David Tempel (Cambridge, MA)

量子化学的新视角:理解物质动态行为的基石 本书深入探讨了时变密度泛函理论(Time-Dependent Density Functional Theory, TDDFT)这一在现代量子化学和材料科学领域至关重要的计算方法。TDDFT为理解和预测物质在外部激励下的动态响应提供了强大的理论框架,其应用范围涵盖了光谱学、非线性光学、光化学反应、材料设计等诸多前沿科学问题。 本书并非对某一特定研究领域的简单罗列,而是旨在为读者构建一个扎实的理论基础,使其能够理解TDDFT的精髓,并掌握其在实际问题中的应用技巧。我们将从密度泛函理论(DFT)的根基出发,逐步引入其动态扩展。DFT的核心思想是将复杂的电子体系性质,如能量和基态密度,转化为一个三维电子密度函数,从而极大地简化了计算的维度。本书将清晰地阐述 Hohenberg-Kohn 定理及其重要的实际推论,为读者理解为何电子密度能够如此精妙地决定体系的基态性质打下基础。 随后,我们将深入研究 Kohn-Sham(KS)方程,这是DFT计算的核心。本书将详细解释 KS 方程的构建过程,以及如何通过求解这些方程来获得单电子轨道和本征能量。在这里,我们也将重点介绍交换-关联泛函(exchange-correlation functional)的选取问题。这是DFT计算准确性的关键所在,本书将介绍不同类型泛函的优缺点,包括局域密度近似(LDA)、梯度近似(GGA)、混合泛函以及更高级的元GGA和双重混合泛函,并讨论它们在描述不同物理现象时的适用性。 进入时变密度泛函理论(TDDFT)的核心部分,本书将详尽阐述 Runge-Gross 定理,这是 TDDFT 的理论基石,它证明了体系的演化可以由其电子密度随时间的变化唯一确定。我们将逐一解析 TDDFT 的基本方程,以及如何利用它们来模拟体系对瞬时电场或周期性电场的响应。这里的关键在于理解“时变交换-关联势”,它会随着电子密度的变化而变化,从而捕捉到电子体系的动态行为。 本书将重点介绍 TDDFT 在计算激发态性质方面的强大能力。我们将详细讲解如何利用 TDDFT 计算分子的吸收和发射光谱,包括紫外-可见吸收光谱、荧光光谱等。这对于理解分子的光物理过程,如光吸收、能量转移和光化学反应至关重要。此外,我们还将探讨 TDDFT 在计算非线性光学性质方面的应用,例如二次谐波产生(SHG)、三次谐波产生(THG)等,这些性质在光电子学和材料科学领域有着广泛的应用前景。 本书还将深入探讨 TDDFT 在光化学反应动力学中的应用。理解分子在光照下的反应路径和产物生成机制,是设计新型光催化剂、光敏剂等功能材料的关键。我们将介绍如何利用 TDDFT 模拟光诱导的电子转移、能量转移以及分子结构的变化,从而揭示复杂的化学反应过程。 除了上述核心内容,本书还将涵盖 TDDFT 在材料科学领域的应用。例如,如何利用 TDDFT 计算半导体材料的光学带隙,预测其在光电器件中的表现;如何研究金属纳米粒子与光相互作用时的等离激元共振;以及如何利用 TDDFT 设计具有特定光学或电子学性质的新型功能材料。 在方法论层面,本书将不仅仅停留在理论推导,还会介绍 TDDFT 在实际计算中的注意事项和技巧。我们将讨论如何选择合适的基组、如何处理周期性边界条件、如何评估计算结果的可靠性等。此外,本书还会简要介绍一些常用的 TDDFT 计算软件,并给出一些典型的计算实例,帮助读者将理论知识转化为实际操作能力。 本书的编写旨在为读者提供一个全面、深入且具有指导意义的 TDDFT 学习体验。无论是希望深入理解量子化学理论的学生,还是致力于运用计算方法解决实际问题的研究人员,都能从本书中获得宝贵的知识和启发。我们相信,通过掌握 TDDFT 这门强大的计算工具,读者将能够更深刻地理解物质的微观世界,并为推动科学技术的进步贡献力量。

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这本书的排版质量可以说达到了专业水准,字体选择和行距都非常适中,这对于一本动辄需要查阅和思考的学术著作来说,极大地提升了阅读体验。我花了一整天的时间在专门研究其中关于激发态理论的部分,发现作者在处理多体系统的时间依赖性问题上,展现了极其缜密的思维。特别是当他引入微扰展开时,每一步的推导都严谨得令人称赞,几乎没有可以挑剔的地方。然而,我个人觉得,在某些关键的物理图像的阐释上,还可以再多增加一些插图或者示意图。比如,当讨论到电子-核耦合的非绝热过程时,纯文字的描述虽然精确,但总觉得缺少了一点直观的冲击力。我记得有一次,为了弄明白某个积分的物理意义,我不得不停下来,自己动手画了几个简化的模型图才算真正领会。总的来说,如果你是那种习惯于通过公式本身来感受物理之美的研究者,这本书绝对是上乘之作,但对于更偏向概念性理解的学习者,可能需要更多的辅助材料来配合阅读。

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这本书的封面设计挺吸引人的,那种深邃的蓝色和复杂的公式排版,一看就知道是硬核的理论物理读物。我拿到手的时候,首先翻阅的是绪论部分,希望能对全书的脉络有个大致的了解。作者似乎很擅长将复杂的概念用相对清晰的语言进行阐述,尽管涉及的数学工具相当高深,但整体的逻辑流还是能够跟上的。不过,我对其中的一些引言部分感到有点困惑,它似乎预设了读者对某些前沿领域的背景知识有深入的理解,对于我这种刚刚接触这个领域的学习者来说,初次阅读的门槛还是比较高的。我特别关注了它对“泛函”概念的引入,作者似乎试图建立一个非常严谨的数学基础,这一点对于想要深入研究的读者来说是至关重要的,但同时也意味着需要花费大量时间来消化这些基础知识。我希望后面的章节能够提供更多直观的物理图像来辅助理解这些抽象的数学结构,否则光靠公式推导很容易在细节中迷失方向。我对其中关于时间演化算符的讨论留下了深刻印象,感觉作者在这个环节的处理上,试图在数学精确性和物理可解释性之间找到一个微妙的平衡点。

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阅读这本书的过程中,我最大的感受是作者对理论体系的整体把握能力非常强,它不仅仅是零散知识点的堆砌,而是一个严密构建起来的知识框架。尤其欣赏它对某些历史发展脉络的梳理,例如,在介绍特定近似方法时,会简要回顾它产生的背景和解决了什么前人的难题,这使得理论的引入显得顺理成章。但坦白讲,某些章节的密度实在太大了,感觉每句话都承载了巨大的信息量,让人不得不反复咀嚼。我注意到作者在论证某些边界条件时,似乎采取了一种非常保守和严格的数学立场,这保证了结果的可靠性,但也使得初学者需要跨越的数学障碍陡增。我特别期待后续章节能看到更多将这些基础理论应用于实际材料体系的案例分析,因为纯粹的理论探讨虽然迷人,但最终还是需要与实验结果挂钩才能展现其价值。这本书更像是理论的基石,而非应用手册,这一点需要读者有清醒的认识。

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这是一本需要“沉下心来啃”的书,它不适合快速浏览。我的阅读习惯是先粗读一遍,标记出所有不理解的术语和公式,然后再逐一攻克。这本书在定义专业术语时非常细致,通常会在第一次出现时就给出严格的数学定义,这避免了后续阅读中的歧义。然而,这种严谨性也带来了一个小小的缺点:在一些过渡性的章节,节奏显得有些拖沓,作者似乎过于强调每一步逻辑的无懈可击,导致整体的阅读速度被拉慢了。我特别关注了书中关于密度泛函本身随时间演化的数学性质的讨论,作者在这部分的处理显得非常专业,几乎引用了所有重要的数学定理作为支撑。如果说这本书有什么可以改进的地方,我希望在涉及数值模拟方法的章节,能增加一些伪代码或者算法流程图,这样能更好地帮助读者将理论转化为实际的计算流程。总而言之,这是一部重量级的参考书,它要求读者投入大量的精力,但回报也是巨大的,它为你构建了一个坚不可摧的理论视角。

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这本书的章节组织结构给我留下了深刻的印象,它采用了一种由浅入深,但又相互勾连的方式进行叙述。我发现作者在处理非平衡态动力学时,巧妙地将量子力学的基本原理与统计力学的思想进行了嫁接,这种跨学科的融合处理得非常优雅。我花了相当长的时间去理解其中关于弛豫时间和相干性的定义,这些都是理解时间依赖体系的精髓所在。书中有一处对“时间反演对称性破缺”的讨论,作者的论述非常精炼,点明了核心矛盾,但我觉得如果能更深入地探讨一下这种破缺在具体物理系统(比如某些磁性材料)中是如何体现的,可能会更有启发性。这本书的优势在于其理论的完备性和自洽性,它几乎涵盖了你能想到的所有基础理论工具,但代价是,某些章节的叙述略显学术化,缺少了一点点科普的温度。对于已经有一定量子化学或凝聚态背景的读者来说,它是一个极佳的提升工具。

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特别好。作者都是领域内非常esteblished的人。涉及TDDFT领域(偏物理方向)前沿的研究和讨论。更偏科研。适合和Ullrich的TDDFT教材互相补充。

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