具体描述
电子结构与材料特性：深入理解凝聚态物理的前沿探索 本书特色： 本书聚焦于凝聚态物理学中极具活力的前沿领域——电子结构计算、材料表征技术及其在功能材料设计中的应用。它旨在为高年级本科生、研究生以及科研人员提供一个全面且深入的理论框架和实践指导，用以理解和预测复杂材料体系的宏观性能如何源于其微观的电子相互作用。 --- 第一部分：量子力学基础与材料模拟的基石 (Fundamentals of Quantum Mechanics and Computational Material Science) 第1章：现代物理学对材料的启示：从原子到晶格 本章从回顾量子力学在描述原子和分子系统中的核心地位开始，重点介绍薛定谔方程的稳态与含时形式在凝聚态系统中的适用性。我们将探讨晶体周期性势场如何导致能带结构的形成，这是理解金属、半导体和绝缘体宏观电学性质的根本。内容涵盖布洛赫定理的物理意义、布里渊区的概念及其与费米面的关系。此外，本章还将梳理经典物理模型（如德鲁德模型）的局限性，并引出量子描述的必要性，为后续的计算方法打下坚实的基础。 第2章：密度泛函理论（DFT）的深度解析 密度泛函理论是现代材料模拟的“黄金标准”。本章将对DFT进行详尽的阐述，区别于传统的波函数方法，DFT强调了电子密度在描述多电子系统中的中心作用。我们将深入探讨霍恩伯格-科恩定理及其推论，详细分析当前最常用的交换关联泛函的类型，包括LDA、GGA（如PBE、PW91）以及后GGA范式的局限与发展方向（如vdW-DF的引入）。本章还会讨论数值实现中的关键技术，例如平面波基组、赝势（PAW、USPP）的构建原理，以及Kohn-Sham方程的自洽迭代求解流程。 第3章：计算方法的精度与效率：从第一性原理到多尺度模拟 本章旨在评估不同计算方法的适用范围和精度。我们将比较DFT、Hartree-Fock（HF）方法，以及涉及多体微扰论（如GW近似和量子蒙特卡洛方法）的优势与劣势。重点讨论如何选择合适的计算参数（如能量截断、K点采样密度）以平衡计算成本和物理准确性。此外，本章将引入如何将第一性原理计算结果作为输入，嵌入到更宏观的模拟框架中，如分子动力学（MD）模拟的力场构建，以及有限元分析（FEA）中的本构关系确定，从而实现跨尺度的材料设计。 --- 第二部分：电子输运与光谱性质的理论预测 (Theory of Electronic Transport and Spectroscopic Properties) 第4章：电子态与输运性质：玻尔兹曼方程与线性响应理论 本章专注于如何从电子结构计算结果推导出材料的输运特性。详细讲解玻尔兹曼输运方程（BTE）在线动量空间中如何描述电子在外部电场、温度梯度下的弛豫过程，并探讨平均自由程和散射机制（声子、缺陷、电子-电子相互作用）的影响。此外，本章还将介绍线性响应理论，特别是Kubo公式，如何用于计算电导率、热导率以及介电响应函数，为理解材料的动态特性提供理论工具。 第5章：光学响应：从介电函数到吸收光谱 材料的光学性质是其电子结构最直接的宏观体现。本章将深入探讨介电函数 $epsilon(mathbf{q}, omega)$ 的理论构建，阐释其如何连接微观的电子跃迁与宏观的光学响应。内容涵盖了基于DFT的线性响应计算（如贝里相位效应在光吸收中的作用），以及如何精确计算吸收系数、反射率和折射率。特别关注半导体和介电材料中激子效应的初步处理，以及其对实验光谱的修正影响。 第6章：磁性材料的电子结构与自旋动力学 磁性是凝聚态物理中的一个核心议题。本章侧重于处理电子的自旋自由度，介绍自旋极化DFT（Spin-Polarized DFT）的理论基础，包括交换对称性和磁结构（铁磁、反铁磁、亚铁磁）的确定。我们将讨论如何通过计算磁矩、磁各向异性能量（MAEs）来预测磁性材料的稳定性。此外，本章还将概述对磁性激发（如自旋波）的描述方法，如利用密度泛函微扰理论（DFPT）计算磁振子（Magnons）的色散关系。 --- 第三部分：复杂体系的电子结构与界面现象 (Electronic Structure in Complex Systems and Interfacial Phenomena) 第7章：缺陷工程与材料性能调控 材料性能的优劣往往取决于其微观缺陷的存在。本章系统研究点缺陷（空位、间隙原子、取代杂质）对能带结构、载流子浓度和光学性质的影响。通过计算缺陷形成能、迁移能垒以及缺陷能级在能带中的位置，我们可以指导实验合成，实现对材料导电性和发光效率的精确调控。讨论内容将延伸至缺陷团簇效应和非化学计量比对材料稳定性的影响。 第8章：异质结与界面物理：电子学的新维度 现代电子器件的核心在于异质结构界面。本章将聚焦于不同材料接触时界面处的电子重构现象，包括界面电荷转移、能带错位（Band Offsets）的精确计算及其对肖特基势垒和欧姆接触的影响。重点讨论二维材料（如石墨烯、过渡金属硫化物）堆叠形成的范德华异质结中的层间耦合效应和“魔角”物理的电子学基础。 第9章：非晶态与无序系统的电子结构挑战 与完美晶体相比，非晶态和无序材料的模拟带来了独特的挑战。本章探讨如何利用大尺度分子动力学结合DFT（AIMD）来构建结构模型，并分析这些结构模型中的电子局域化与电子态密度（DOS）的变化。介绍局域化函数（如Wannier函数）在描述无序系统中电子波函数局域程度中的应用，以及其对非晶半导体光电性能的影响。 --- 结语：面向未来的计算材料学 本书的最终目标是培养读者将严谨的量子力学原理与高效的数值计算技术相结合的能力，以解决当今材料科学中最紧迫的挑战，为开发下一代能源、信息和生物医学材料提供坚实的理论基础和可靠的计算预测工具。
作者简介
目录信息
读后感
评分
评分
评分
评分
评分
用户评价
评分
评分
评分
评分
评分
相关图书
本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息，本站不存储任何数据与内容，任何内容与数据均与本站无关，如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度，google,bing,sogou 等
© 2026 book.quotespace.org All Rights Reserved. 小美书屋 版权所有