固體物理與計算材料導(dǎo)論

第一篇固體物理
第1章晶體結(jié)構(gòu)（3）
1.1晶體與空間點陣（3）
1.1.1晶體（3）
1.1.2空間點陣（4）
1.2常見的晶體結(jié)構(gòu)（7）
1.2.1金屬單質(zhì)（7）
1.2.2氯化鈉結(jié)構(gòu)（8）
1.2.3氯化銫結(jié)構(gòu)（10）
1.2.4金剛石及閃鋅礦結(jié)構(gòu)（11）
1.2.5鈣鈦礦結(jié)構(gòu)（12）
1.3倒易點陣與布里淵區(qū)（12）
思考與練習（15）
第2章晶體的結(jié)合力（16）
2.1電負性（16）
2.2結(jié)合力的普遍性質(zhì)（17）
2.3晶體的結(jié)合類型（21）
2.3.1離子鍵和離子晶體（21）
2.3.2共價鍵和共價晶體（21）
2.3.3金屬鍵和金屬晶體（22）
2.3.4分子鍵和分子晶體（23）
2.3.5氫鍵和氫鍵晶體（23）
2.3.6混合鍵和混合鍵晶體（24）
2.4晶體的結(jié)合能（25）
2.4.1離子晶體的結(jié)合能（25）
2.4.2共價晶體的結(jié)合能（26）
2.4.3金屬晶體的結(jié)合能（27）
2.4.4分子晶體的結(jié)合能（27）
2.5晶體結(jié)合的規(guī)律（28）
思考與練習（30）
第3章晶格振動與熱學性能（31）
3.1比熱（31）
3.2晶格中原子的熱振動（31）
3.3晶體的熱力學函數(shù)（33）
3.4愛因斯坦模型（35）
3.5德拜模型（36）
3.5.1頻率分布函數(shù)的計算（36）
3.5.2能量與比熱的計算（37）
3.5.3關(guān)于德拜溫度的討論（38）
3.6晶格振動（40）
3.6.1一維單原子晶格的振動（40）
3.6.2一維雙原子晶格的振動（42）
3.6.3三維晶格的振動（44）
3.7晶格振動譜的實驗測定（44）
3.7.1中子非彈性散射法（44）
3.7.2光子非彈性散射法（46）
3.8晶格非線性振動與熱膨脹（46）
3.9晶格熱傳導(dǎo)（49）
思考與練習（51）
第4章自由電子理論（52）
4.1經(jīng)典自由電子理論（52）
4.2量子自由電子理論（53）
4.2.1三維方勢阱的解（53）
4.2.2狀態(tài)密度（54）
4.2.3費米能級（55）
4.2.4電子比熱（55）
4.2.5金屬的熱容（56）
4.3電導(dǎo)率與霍爾效應(yīng)（57）
4.3.1電導(dǎo)率（58）
4.3.2霍爾效應(yīng)（58）
思考與練習（59）
第5章能帶理論（61）
5.1固體中電子的共有化和能帶（61）
5.2布洛赫定理（62）
5.3近自由電子近似（63）
5.3.1近自由電子模型（63）
5.3.2微擾計算（64）
5.4緊束縛近似（68）
5.4.1緊束縛近似模型（68）
5.4.2能帶計算（69）
5.5能帶的填充（72）
5.6導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體（73）
思考與練習（75）
第6章低維固體（76）
6.1團簇（76）
6.1.1團簇的產(chǎn)生（77）
6.1.2團簇的幻數(shù)序列（77）
6.1.3金屬團簇（79）
6.2納米微粒的能級分立（80）
6.3二維材料電子結(jié)構(gòu)（81）
6.3.1碳單層和雙層（82）
6.3.2二硫化鉬單層和雙層（84）
思考與練習（86）
第二篇計算材料
第7章計算材料學概論（89）
7.1計算材料學簡介（89）
7.2計算材料學的多尺度模擬（90）
7.3計算材料學的學習方法（91）
第8章原子間相互作用勢（92）
8.1原子間相互作用勢的概念（92）
8.2勢函數(shù)的表達式（93）
8.3兩體勢（93）
8.4三體勢（94）
8.5多體勢（95）
8.6勢函數(shù)小結(jié)（97）
思考與練習（98）
第9章分子動力學模擬（99）
9.1分子動力學的基本概念（99）
9.1.1什么是分子動力學（99）
9.1.2分子動力學模擬的原理（100）
9.2分子動力學的基本技術(shù)（101）
9.2.1分子動力學模擬的流程圖（101）
9.2.2主要參數(shù)的設(shè)置（101）
9.2.3力的計算方法（102）
9.2.4分子動力學方程的數(shù)值求解（102）
9.2.5邊界條件（104）
9.2.6系綜原理簡介（105）
9.2.7熱力學量的計算（106）
9.2.8結(jié)構(gòu)分析技術(shù)（107）
9.3應(yīng)用舉例（109）
9.3.1舉例1——Ag-Cu核殼納米粒子的熔化（109）
9.3.2舉例2——納米銅絲拉伸的模擬（111）
思考與練習（113）
第10章蒙特卡洛方法簡介（114）
10.1基本概念（114）
10.2蒙特卡洛方法的基本思想（115）
10.3隨機數(shù)與偽隨機數(shù)（116）
10.4物理量的計算（117）
10.5應(yīng)用舉例——CoPt納米合金的有序無序轉(zhuǎn)變（118）
思考與練習（119）
第11章電子結(jié)構(gòu)計算（120）
11.1第一原理與電子結(jié)構(gòu)（120）
11.2多電子體系薛定諤方程（121）
11.3密度泛函理論基本思路（121）
11.4 DFT計算的基本要素（123）
11.4.1k空間（124）
11.4.2截斷能（126）
11.4.3贗勢（127）
11.4.4DFT總能計算（127）
11.5DFT計算程序（129）
11.6應(yīng)用舉例（130）
11.6.1舉例1——微量雜質(zhì)引發(fā)的金屬脆化（130）
11.6.2舉例2——摻雜二維黑磷的第一原理計算（131）
思考與練習（133）
第12章計算材料學的新進展（134）
12.1材料基因組計劃簡介（134）
12.2材料基因組技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀（135）
12.3機器學習方法簡介（137）
12.4機器學習方法應(yīng)用舉例（138）
12.4.1熱電材料的預(yù)測（138）
12.4.2鈣鈦礦光伏材料的發(fā)現(xiàn)與設(shè)計（139）
12.5機器學習與高通量計算相結(jié)合（140）
思考與練習題（142）
附錄A量子力學基礎(chǔ)（143）
附錄B Materials Explorer軟件使用方法簡介（149）
附錄C部分習題解答（166）
附錄D常用物理常數(shù)表（182）
主要參考文獻（183）