书籍详情
固体物理与计算材料导论
作者：齐卫宏 著
出版社：中南大学出版社
出版时间：2020-11-01
ISBN：9787548742135
定价：¥49.80
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内容简介
编者结合自己多年的教学和科研积累，编写了本书。本书分为两个部分，第一部分是固体物理，第二部分是计算材料。两部分内容既互相独立又互相联系。主要内容包括晶体结构、晶体的结合力、晶格振动与热学性能、自由电子理论、能带理论、低维固体、计算材料学概论、原子间相互作用势、分子动力学模拟、蒙特卡洛方法简介、电子结构计算、计算材料学的新进展。另外在附录部分讲述了量子力学基础、Materials Explorer软件的使用，以及给出了部分习题解答。本书将固体物理和计算材料作为一个整体来讲述，可以作为材料科学与工程专业相关课程的教材，适合本科生和研究生使用。
作者简介
齐卫宏，博士、教授、博士生导师，教育部新世纪优秀人才，湖南省杰出青年基金获得者，长期承担材料科学与工程学科的教学工作。目前研究方向是二维材料物理、纳米摩擦学及计算材料。主持完成国家自然科学基金等科研项目十余项，在Accounts of Chemical Research、Advanced Functional Materials、Small、Tribology International等刊物上发表论文135篇，论文被引3100次。研究成果获湖南省自然科学奖二等奖、湖南省自然科学优秀学术论文一等奖等。
目录
第一篇固体物理
第1章晶体结构（3）
1.1晶体与空间点阵（3）
1.1.1晶体（3）
1.1.2空间点阵（4）
1.2常见的晶体结构（7）
1.2.1金属单质（7）
1.2.2氯化钠结构（8）
1.2.3氯化铯结构（10）
1.2.4金刚石及闪锌矿结构（11）
1.2.5钙钛矿结构（12）
1.3倒易点阵与布里渊区（12）
思考与练习（15）
第2章晶体的结合力（16）
2.1电负性（16）
2.2结合力的普遍性质（17）
2.3晶体的结合类型（21）
2.3.1离子键和离子晶体（21）
2.3.2共价键和共价晶体（21）
2.3.3金属键和金属晶体（22）
2.3.4分子键和分子晶体（23）
2.3.5氢键和氢键晶体（23）
2.3.6混合键和混合键晶体（24）
2.4晶体的结合能（25）
2.4.1离子晶体的结合能（25）
2.4.2共价晶体的结合能（26）
2.4.3金属晶体的结合能（27）
2.4.4分子晶体的结合能（27）
2.5晶体结合的规律（28）
思考与练习（30）
第3章晶格振动与热学性能（31）
3.1比热（31）
3.2晶格中原子的热振动（31）
3.3晶体的热力学函数（33）
3.4爱因斯坦模型（35）
3.5德拜模型（36）
3.5.1频率分布函数的计算（36）
3.5.2能量与比热的计算（37）
3.5.3关于德拜温度的讨论（38）
3.6晶格振动（40）
3.6.1一维单原子晶格的振动（40）
3.6.2一维双原子晶格的振动（42）
3.6.3三维晶格的振动（44）
3.7晶格振动谱的实验测定（44）
3.7.1中子非弹性散射法（44）
3.7.2光子非弹性散射法（46）
3.8晶格非线性振动与热膨胀（46）
3.9晶格热传导（49）
思考与练习（51）
第4章自由电子理论（52）
4.1经典自由电子理论（52）
4.2量子自由电子理论（53）
4.2.1三维方势阱的解（53）
4.2.2状态密度（54）
4.2.3费米能级（55）
4.2.4电子比热（55）
4.2.5金属的热容（56）
4.3电导率与霍尔效应（57）
4.3.1电导率（58）
4.3.2霍尔效应（58）
思考与练习（59）
第5章能带理论（61）
5.1固体中电子的共有化和能带（61）
5.2布洛赫定理（62）
5.3近自由电子近似（63）
5.3.1近自由电子模型（63）
5.3.2微扰计算（64）
5.4紧束缚近似（68）
5.4.1紧束缚近似模型（68）
5.4.2能带计算（69）
5.5能带的填充（72）
5.6导体、绝缘体和半导体（73）
思考与练习（75）
第6章低维固体（76）
6.1团簇（76）
6.1.1团簇的产生（77）
6.1.2团簇的幻数序列（77）
6.1.3金属团簇（79）
6.2纳米微粒的能级分立（80）
6.3二维材料电子结构（81）
6.3.1碳单层和双层（82）
6.3.2二硫化钼单层和双层（84）
思考与练习（86）
第二篇计算材料
第7章计算材料学概论（89）
7.1计算材料学简介（89）
7.2计算材料学的多尺度模拟（90）
7.3计算材料学的学习方法（91）
第8章原子间相互作用势（92）
8.1原子间相互作用势的概念（92）
8.2势函数的表达式（93）
8.3两体势（93）
8.4三体势（94）
8.5多体势（95）
8.6势函数小结（97）
思考与练习（98）
第9章分子动力学模拟（99）
9.1分子动力学的基本概念（99）
9.1.1什么是分子动力学（99）
9.1.2分子动力学模拟的原理（100）
9.2分子动力学的基本技术（101）
9.2.1分子动力学模拟的流程图（101）
9.2.2主要参数的设置（101）
9.2.3力的计算方法（102）
9.2.4分子动力学方程的数值求解（102）
9.2.5边界条件（104）
9.2.6系综原理简介（105）
9.2.7热力学量的计算（106）
9.2.8结构分析技术（107）
9.3应用举例（109）
9.3.1举例1——Ag-Cu核壳纳米粒子的熔化（109）
9.3.2举例2——纳米铜丝拉伸的模拟（111）
思考与练习（113）
第10章蒙特卡洛方法简介（114）
10.1基本概念（114）
10.2蒙特卡洛方法的基本思想（115）
10.3随机数与伪随机数（116）
10.4物理量的计算（117）
10.5应用举例——CoPt纳米合金的有序无序转变（118）
思考与练习（119）
第11章电子结构计算（120）
11.1第一原理与电子结构（120）
11.2多电子体系薛定谔方程（121）
11.3密度泛函理论基本思路（121）
11.4 DFT计算的基本要素（123）
11.4.1k空间（124）
11.4.2截断能（126）
11.4.3赝势（127）
11.4.4DFT总能计算（127）
11.5DFT计算程序（129）
11.6应用举例（130）
11.6.1举例1——微量杂质引发的金属脆化（130）
11.6.2举例2——掺杂二维黑磷的第一原理计算（131）
思考与练习（133）
第12章计算材料学的新进展（134）
12.1材料基因组计划简介（134）
12.2材料基因组技术发展现状（135）
12.3机器学习方法简介（137）
12.4机器学习方法应用举例（138）
12.4.1热电材料的预测（138）
12.4.2钙钛矿光伏材料的发现与设计（139）
12.5机器学习与高通量计算相结合（140）
思考与练习题（142）
附录A量子力学基础（143）
附录B Materials Explorer软件使用方法简介（149）
附录C部分习题解答（166）
附录D常用物理常数表（182）
主要参考文献（183）
第1章晶体结构（3）
1.1晶体与空间点阵（3）
1.1.1晶体（3）
1.1.2空间点阵（4）
1.2常见的晶体结构（7）
1.2.1金属单质（7）
1.2.2氯化钠结构（8）
1.2.3氯化铯结构（10）
1.2.4金刚石及闪锌矿结构（11）
1.2.5钙钛矿结构（12）
1.3倒易点阵与布里渊区（12）
思考与练习（15）
第2章晶体的结合力（16）
2.1电负性（16）
2.2结合力的普遍性质（17）
2.3晶体的结合类型（21）
2.3.1离子键和离子晶体（21）
2.3.2共价键和共价晶体（21）
2.3.3金属键和金属晶体（22）
2.3.4分子键和分子晶体（23）
2.3.5氢键和氢键晶体（23）
2.3.6混合键和混合键晶体（24）
2.4晶体的结合能（25）
2.4.1离子晶体的结合能（25）
2.4.2共价晶体的结合能（26）
2.4.3金属晶体的结合能（27）
2.4.4分子晶体的结合能（27）
2.5晶体结合的规律（28）
思考与练习（30）
第3章晶格振动与热学性能（31）
3.1比热（31）
3.2晶格中原子的热振动（31）
3.3晶体的热力学函数（33）
3.4爱因斯坦模型（35）
3.5德拜模型（36）
3.5.1频率分布函数的计算（36）
3.5.2能量与比热的计算（37）
3.5.3关于德拜温度的讨论（38）
3.6晶格振动（40）
3.6.1一维单原子晶格的振动（40）
3.6.2一维双原子晶格的振动（42）
3.6.3三维晶格的振动（44）
3.7晶格振动谱的实验测定（44）
3.7.1中子非弹性散射法（44）
3.7.2光子非弹性散射法（46）
3.8晶格非线性振动与热膨胀（46）
3.9晶格热传导（49）
思考与练习（51）
第4章自由电子理论（52）
4.1经典自由电子理论（52）
4.2量子自由电子理论（53）
4.2.1三维方势阱的解（53）
4.2.2状态密度（54）
4.2.3费米能级（55）
4.2.4电子比热（55）
4.2.5金属的热容（56）
4.3电导率与霍尔效应（57）
4.3.1电导率（58）
4.3.2霍尔效应（58）
思考与练习（59）
第5章能带理论（61）
5.1固体中电子的共有化和能带（61）
5.2布洛赫定理（62）
5.3近自由电子近似（63）
5.3.1近自由电子模型（63）
5.3.2微扰计算（64）
5.4紧束缚近似（68）
5.4.1紧束缚近似模型（68）
5.4.2能带计算（69）
5.5能带的填充（72）
5.6导体、绝缘体和半导体（73）
思考与练习（75）
第6章低维固体（76）
6.1团簇（76）
6.1.1团簇的产生（77）
6.1.2团簇的幻数序列（77）
6.1.3金属团簇（79）
6.2纳米微粒的能级分立（80）
6.3二维材料电子结构（81）
6.3.1碳单层和双层（82）
6.3.2二硫化钼单层和双层（84）
思考与练习（86）
第二篇计算材料
第7章计算材料学概论（89）
7.1计算材料学简介（89）
7.2计算材料学的多尺度模拟（90）
7.3计算材料学的学习方法（91）
第8章原子间相互作用势（92）
8.1原子间相互作用势的概念（92）
8.2势函数的表达式（93）
8.3两体势（93）
8.4三体势（94）
8.5多体势（95）
8.6势函数小结（97）
思考与练习（98）
第9章分子动力学模拟（99）
9.1分子动力学的基本概念（99）
9.1.1什么是分子动力学（99）
9.1.2分子动力学模拟的原理（100）
9.2分子动力学的基本技术（101）
9.2.1分子动力学模拟的流程图（101）
9.2.2主要参数的设置（101）
9.2.3力的计算方法（102）
9.2.4分子动力学方程的数值求解（102）
9.2.5边界条件（104）
9.2.6系综原理简介（105）
9.2.7热力学量的计算（106）
9.2.8结构分析技术（107）
9.3应用举例（109）
9.3.1举例1——Ag-Cu核壳纳米粒子的熔化（109）
9.3.2举例2——纳米铜丝拉伸的模拟（111）
思考与练习（113）
第10章蒙特卡洛方法简介（114）
10.1基本概念（114）
10.2蒙特卡洛方法的基本思想（115）
10.3随机数与伪随机数（116）
10.4物理量的计算（117）
10.5应用举例——CoPt纳米合金的有序无序转变（118）
思考与练习（119）
第11章电子结构计算（120）
11.1第一原理与电子结构（120）
11.2多电子体系薛定谔方程（121）
11.3密度泛函理论基本思路（121）
11.4 DFT计算的基本要素（123）
11.4.1k空间（124）
11.4.2截断能（126）
11.4.3赝势（127）
11.4.4DFT总能计算（127）
11.5DFT计算程序（129）
11.6应用举例（130）
11.6.1举例1——微量杂质引发的金属脆化（130）
11.6.2举例2——掺杂二维黑磷的第一原理计算（131）
思考与练习（133）
第12章计算材料学的新进展（134）
12.1材料基因组计划简介（134）
12.2材料基因组技术发展现状（135）
12.3机器学习方法简介（137）
12.4机器学习方法应用举例（138）
12.4.1热电材料的预测（138）
12.4.2钙钛矿光伏材料的发现与设计（139）
12.5机器学习与高通量计算相结合（140）
思考与练习题（142）
附录A量子力学基础（143）
附录B Materials Explorer软件使用方法简介（149）
附录C部分习题解答（166）
附录D常用物理常数表（182）
主要参考文献（183）
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