Relativistic Electronic Structure Theory pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Schwerdtfeger, Peter 编

出品人:

页数:946

译者:

出版时间:2002-12

价格:$ 436.18

装帧:

isbn号码:9780444512499

丛书系列:

图书标签:

• Relativistic Quantum Chemistry
• Electronic Structure
• Quantum Mechanics
• Relativity
• Computational Chemistry
• Molecular Physics
• Atomic Physics
• Density Functional Theory
• Many-Body Theory
• Spectroscopy

好的，以下是一本名为《高级计算化学方法：从基础原理到前沿应用》的图书简介，其内容侧重于量子化学、分子模拟和材料科学的计算方法，不涉及相对论电子结构理论。 --- 高级计算化学方法：从基础原理到前沿应用 图书简介 概览 《高级计算化学方法：从基础原理到前沿应用》是一本面向化学、物理学、材料科学及相关工程领域的研究生、博士后研究人员和资深科研工作者的专业著作。本书系统性地梳理了现代计算化学领域的核心理论框架与实用计算技术，重点聚焦于非相对论量子力学在描述原子、分子及凝聚态系统电子结构与性质方面的应用。本书旨在为读者提供坚实的理论基础，并掌握从第一性原理方法到半经验模型、再到复杂分子动力学模拟的完整工具箱。 本书的结构设计旨在实现理论深度与实践指导的完美结合。前半部分深入剖析了量子化学计算的数学基础与近似方法，后半部分则详细阐述了如何将这些理论应用于实际的化学问题，例如反应机理研究、光谱预测、材料性能模拟以及复杂体系的动力学行为分析。 第一部分：量子化学基础与非相对论近似 本部分构建了进行任何电子结构计算的理论基石，完全基于非相对论薛定谔方程的求解。 第一章：量子化学的数学与物理基础 本章回顾了量子力学的基本公设，并着重探讨了如何在电子结构计算的背景下应用它们。内容包括：波函数、算符、本征值问题以及角动量理论在多电子系统中的应用。重点讨论了泡利不相容原理和自旋的引入，为后续的 Hartree-Fock (HF) 方法奠定基础。 第二章：Hartree-Fock (HF) 方法与分子轨道理论 详细阐述了 HF 方法的核心思想——平均场近似（Mean-Field Approximation）。内容涵盖了最小基组、有限基组的引入，以及如何构建和求解罗丹（Roothaan）方程。本章深入分析了 HF 理论的局限性，特别是对电子相关能的忽略，并介绍了如何使用不同类型的基函数集（如高斯型轨道 GTOs）来优化计算效率和准确性。 第三章：电子相关能的计算：组态相互作用与微扰理论 为了克服 HF 理论的不足，本章全面介绍了描述电子相关能的关键后 HF 方法。 微扰理论 (PT)：重点讲解二阶微扰理论 (MP2)，分析其在描述弱相互作用和能量修正中的有效性。 组态相互作用 (CI)：详述限制性 CI (RCI) 和完全 CI (FCI) 的原理。特别关注截断 CI 级别（如 CISD, CEPA）的收敛性和计算成本。 耦合簇 (Coupled Cluster, CC) 方法：作为目前最精确的量子化学方法之一，CC 方法（特别是 CCSD(T)）的指数算符和算符构造被详尽阐述，强调其在化学精度要求极高的体系中的地位。 第四章：密度泛函理论 (DFT) 导论 本部分是现代计算化学应用的核心。本章从 Hohenberg-Kohn 定理出发，推导出 Kohn-Sham (KS) 方程。内容重点关注于交换关联泛函的选择与构建： 局域密度近似 (LDA) 及其局限性。 一般化梯度近似 (GGA)，如 B88, PBE 等，及其在几何优化中的表现。 后 GGA 方法 (Meta-GGA)，如 TPSS，以及引入 HF 交换的混合泛函（如 B3LYP），分析其在化学反应能垒计算中的应用与调参。 第二部分：实际应用、分子模拟与激发态计算 本部分将理论方法转化为解决具体化学和材料问题的工具，并探讨了超越基态计算的领域。 第五章：几何优化、振动分析与热力学 本章关注于势能面（Potential Energy Surface, PES）的探索。详细介绍了梯度和海森堡矩阵的计算，以及如何利用牛顿法和拟牛顿法进行高效的几何优化。振动频率的计算（拉普拉斯矩阵的对角化）被用于： 确定驻点（极小点、过渡态）。 计算零点能和热力学校正。 模拟红外和拉曼光谱。 第六章：分子动力学模拟 (MD) 与经典力场 本章转向经典力学框架下的分子模拟，特别是当系统尺度超出量子化学方法处理能力时。 力场构建与应用：详细分析牛顿运动方程的数值积分方法（如 Verlet 算法）。 经典力场类型：区分并比较了区分力和非区分力场的构建，包括范德华作用、静电作用和键合项（如 AMBER, CHARMM, OPLS 等通用力场）。 模拟采集成技术：介绍如何使用 Metropolis 算法和 Nose-Hoover 恒温恒压系综进行采样，以获取准确的热力学平均值。 第七章：凝聚态体系：周期性边界条件与能带理论 本部分专注于固体材料的计算，完全采用非相对论电子结构方法（如 PBE 泛函结合平面波基组）。 布洛赫定理与晶体动量空间：介绍如何利用晶体对称性简化计算。 K 空间积分：详细解释了 Monkhorst-Pack 网格的设置及其对能带结构和态密度计算的影响。 能带结构与费米面：展示如何通过计算能带结构来预测材料的导体、半导体或绝缘体特性，并分析费米面的拓扑结构。 第八章：激发态计算方法与光谱学 本章探讨系统在光照或电场激发下的行为。 时间无关密度泛函理论 (TD-DFT)：这是计算激发态性质最常用的方法。深入分析了核函数 (Kernel) 的选择（如 ALDA, RPA, 交换泛函对激发能的影响）。 激发态 CI 方法：如 CIS, EOM-CC（仅在非相对论框架内讨论），用于高精度预测激发能和偶极矩。 光谱模拟：如何将计算结果与紫外-可见吸收光谱、荧光发射光谱及电子能谱（XPS/UPS）进行关联。 第九章：复杂体系的特定挑战与前沿方法 本章探讨了当系统规模和复杂性增加时，如何应用混合方法。 QM/MM 嵌入式方法：详细描述如何将量子化学方法（QM）应用于活性中心，而使用分子力学（MM）描述庞大溶剂或生物大分子环境，重点关注接口的处理。 稀疏电子结构方法：探讨针对超大体系（如数千个原子）的线性标度 (Linear-Scaling) 量子化学算法的原理和局限性。 机器学习势能面：简要介绍如何利用高精度量子化学数据训练机器学习模型（如神经网络势），以实现准量子力学精度的分子动力学模拟。 总结 《高级计算化学方法：从基础原理到前沿应用》不仅仅是一本理论教科书，更是一份全面的计算指南。通过对非相对论框架下主流计算方法的深入剖析和实际案例的演示，本书确保读者能够批判性地选择最适合当前研究问题的计算策略，从而在分子设计、催化剂研发和新材料发现等前沿领域取得突破。本书的覆盖范围旨在弥补理论教材与实际软件应用之间的鸿沟。 ---

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这本书的深度和广度令人印象深刻，它不像市面上很多教材那样，仅仅停留在介绍成熟方法的层面，而是深入剖析了这些方法背后的物理图像和数学基础。我尤其欣赏作者在描述多体微扰理论时所展现出的耐心和洞察力。那些涉及高阶图表和复杂重整化群概念的部分，往往是其他著作中容易一笔带过的地方，但在这里，作者却花费了大量的篇幅进行细致入微的阐述，甚至连一些经典的近似方法的局限性也讨论得非常透彻。这种对细节的执着，使得读者在掌握“如何计算”的同时，也能深刻理解“为什么这样计算”。对我个人而言，最震撼的是它对相对论效应在重元素电子结构中扮演角色的论述，那部分内容颠覆了我过去对经典量子化学的理解，让我认识到在精确模拟中，非相对论近似的界限究竟在哪里。总而言之，这是一部需要反复研读才能完全消化的“硬核”教材，但一旦消化，其带来的认知提升是显著且持久的。

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这本书的学术价值毋庸置疑，它汇集了近年来在理解物质性质计算方法上的最新进展和经典理论的精炼总结。我个人特别欣赏作者在总结现有理论不足时所展现出的坦诚。书中不仅详细介绍了如何运用成熟的理论来处理电子结构问题，还坦率地指出了当前方法的局限性，比如在处理强关联体系或非绝热过程时所面临的挑战。这种对未知领域的探索精神，让这本书充满了活力，而不是一本停滞不前的旧作。阅读过程中，我时常被引导去思考当前理论的边界在哪里，以及未来可能的研究方向。那些关于量子电动力学（QED）修正如何纳入电子结构计算的讨论，尤其具有启发性，它预示着下一代高精度计算的可能方向。对于任何一位致力于将计算物理推向更高精度和更广应用范围的研究人员来说，这本书提供了一个绝佳的理论蓝图和深刻的洞察力基础。

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这本书的行文风格是典型的欧洲严谨学派，几乎没有多余的修饰语或感性的表达，所有的陈述都力求精确到小数点后几位。如果你喜欢那种充满幽默段子或引人入胜故事的教科书，那这本书可能不太适合你，它是一本冷峻的、纯粹的知识载体。它的力量在于其内在的逻辑一致性，每一章的内容都紧密衔接，构成了一个完整的知识体系。我注意到作者在处理激发态计算和时间依赖性理论的部分，特别强调了梯度修正和耦合项的引入，这些往往是软件实现中最容易出错的地方。书中对这些复杂数值方法的理论背景解释得极为清晰，使得读者能够不仅停留在“调用库函数”的层面，还能理解程序在后台进行了哪些复杂的数学操作。这种对算法实现细节的关注，使得这本书在理论和实际应用之间架起了一座坚实的桥梁，是那种值得在书架上占据核心位置，时不时需要翻阅查证的参考书。

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这本书的封面设计着实吸引人，那种深邃的蓝色背景，配上精准的几何图形和一些复杂的数学符号，立刻让人感受到一种严谨而前沿的科学气息。我刚拿到手时，那种沉甸甸的质感就让人觉得它绝非泛泛之作。内页的排版也相当考究，图表清晰，公式推导详细，对于初学者来说，可能会觉得信息量有点大，但对于有一定基础的读者而言，这种详尽无疑是福音。它在理论层面的构建非常扎实，从基础的量子力学原理出发，逐步深入到更复杂的相对论效应如何影响电子结构计算。阅读过程中，我发现作者在解释一些核心概念时，非常注重逻辑链条的完整性，很少出现跳跃式的论述。尤其是在处理那些涉及到高阶微扰理论和密度泛函理论（DFT）的章节时，那种层层剥茧的分析方法，让人仿佛置身于一个精心搭建的知识迷宫中，每一步探索都充满了发现的乐趣。这本书显然是为那些希望深入理解计算化学和凝聚态物理前沿方法论的专业人士量身打造的，绝不是那种浅尝辄止的科普读物。

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说实话，这本书的阅读体验更像是一场学术马拉松，而不是轻松的下午茶。它对读者的数学功底和物理直觉都有着较高的要求，我感觉自己像是被这位“无形的大师”带着，在理论的最高峰上进行了一次艰苦的攀登。我尝试用这本书来指导我的一个具体计算项目，发现它提供的不仅仅是公式，更是一种解决问题的思维框架。例如，在讨论如何选择合适的泛函来描述特定的电子相关作用时，作者并没有给出简单的“最佳答案”，而是系统地梳理了不同泛函的优缺点、适用范围以及它们在近似过程中引入的系统误差。这种批判性的视角，极大地提升了我对计算结果可靠性的判断能力。不过，对于那些刚刚接触计算物理的新手来说，这本书的门槛可能过高，我建议他们最好先通过一些更基础的、侧重于软件应用的书籍建立起操作层面的熟悉感之后，再来攻克这座理论的高峰，否则很容易在开篇的矩阵对角化和轨道理论中迷失方向。

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