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纳米光子学与光谱学中的计算模拟(Computational Simulation in Nanophotonics and Spectroscopy)

纳米光子学与光谱学中的计算模拟(Computational Simulation in Nanophotonics and Spectroscopy)

作者:孙萌涛、穆希皎

出版社:清华大学出版社

出版时间:2021-11-01

ISBN:9787302570998

定价:¥69.00

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内容简介
  本书针对于纳米光子学和光谱学中的计算模拟问题进行原理和应用上的介绍。主要分为原理和程序应用两部分。从计算原理上来说,还可以分为量子力学计算和经典力学模拟。主要是采用量子力学和量子化学框架中的性原理技术对于分子体系和固体体系及其表面的光谱学模拟及其分析;以及使用经典电磁场理论对于材料的光学性质和现象进行有限元计算。其中包括亚波长光学以及表面等离激元的分析和应用。本书在介绍原理,理论以及物理公式的同时,还会列出计算模拟的具体方法,比如程序输入文件,模型的构建方法以及后续分析绘图方法。
作者简介
  北京科技大学数理学院教授,博士生导师。先后就职于瑞典隆德大学,中国科学院物理研究所。截至目前,已在Light: Science & Applications、Advance Materials、Small 等期刊上发表高水平论文150余篇,包含8篇ESI高被引论文,论文已被引用5600余次,单篇引用230次,H因子40。主持国家自然科学基金重大研究计划2项;国家自然科学基金面上项目2项;科技部重大研究计划1项 。
目录

CONTENTS
Chapter 1  Introduction  1
Chapter 2  Theoretical Basis of Computational Simulation  7
2.1  Semi-empirical method  7
2.1.1  Introduction of semi-empirical method  7
2.1.2  The accuracy and applicable scale of the semi-empirical 
method  10
2.1.3  Mainstream software  11
2.2  Hartree-Fock method  16
2.3  Density functional theory  19
2.3.1  Difficulties in calculation of actual materials  19
2.3.2  Hohenberg-Kohn theorem   20
2.3.3  Exchange correlation functional  22
2.3.4  Selection of functional  24
2.3.5  How to change the functional  30
2.4  Basis sets  33
2.4.1  Selection of basis sets  33
2.4.2  Application of mixed basis set, custom basis set and pseudopotential basis 
set in Gaussian  48
2.4.3  Diffuse functions  61
Chapter 3  Calculation and Analysis of Electron Transition Spectra 69
3.1  Calculation method of excited states  69
3.1.1  Introduction  69
3.1.2  TDDFT  71
3.1.3  Other calculation methods excited states  77
3.1.4  Appendix: list of HF components of different DFT functionals 82
3.2  Analysis method of excited states  84
3.2.1  Hole-electron analysis   84
3.2.2  Quantitative description   86
3.2.3  Exciton binding energy  88
3.2.4  Ghost-Hunter index  89
Chapter 4  Vibration Spectrum Calculation and Analysis  91
4.1  IR spectra  91
4.2  Raman spectra  98
4.3  Calculation of vibration-resolved electronic spectra  100
4.3.1  Principles   100
4.3.2  Calculation methods  103
4.3.3  Additional parameters  107
4.4  Vibration mode  108
Chapter 5  Calculation of Nonlinear Optical Properties  112
5.1  Two-photon absorption  112
5.1.1  Calculation method of TPA cross-section   115
5.1.2  Application of TPA calculation  118
5.2  Second order Harmonic wave generate  120
5.2.1  Sum-of-states  120
5.2.2  Calculation of SHG  124
Chapter 6  Calculation and Analysis of Molecular Chiral Spectra   127
6.1  Chirality  127
6.2  Chiral spectroscopy  131
6.2.1  Electron circular dichroism   131
6.2.2  Raman optical activity  135
Chapter 7  First Principles Calculation of Optical Properties of Solids   138
7.1  Optical properties of solids  138
7.2  Light absorption of inorganic solids  139
7.3  Optical properties of semiconductor  140
7.3.1  Intrinsic semiconductor light absorption  140
7.3.2  Extrinsic semiconductor light absorption  141
7.4  Calculation of solid optical properties in common software  142
7.5  Application of solid optical properties in surface plasmon   146
Chapter 8  Application of Electronic Structure Method in Optical Calculation and 
Analysis 149
8.1  Energy band theory  149
8.1.1  Fundamental assumption 151
8.1.2  Conduction band 151
8.1.3  Valence and forbidden band  152
8.2  Density of states   153
8.3  Effective mass  155
8.4  Application of electronic structure method  157
Bibliography 164
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