Computational Atomic Structure pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Taylor & Francis

作者:P. Jonsson

出品人:

页数:279

译者:

出版时间:1997-01-01

价格:USD 62.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780750304665

丛书系列:

图书标签:

• 原子结构
• 计算物理
• 量子化学
• 电子结构
• 从头算
• 密度泛函理论
• Hartree-Fock
• 多体问题
• 分子模拟
• 固体物理

《计算原子结构》之外：现代物理与材料科学前沿探索 本书聚焦于那些超越传统量子化学和固态物理模型范畴，但与原子尺度现象密切相关的计算方法、新兴理论框架以及跨学科应用。 本书旨在为具有扎实物理学或计算科学背景的研究人员和高级学生提供一个视角：即如何利用先进的计算工具来解决当前科学研究中最具挑战性的问题，这些问题往往涉及极端条件、复杂相互作用或对高精度、非微扰方法的迫切需求。 第一部分：超越标准模型框架的计算理论 本部分深入探讨了那些用于描述原子和分子系统在非平衡态、强关联或极端环境下的计算框架，这些框架通常不被标准的密度泛函理论（DFT）或精确对易关系方法所完全覆盖。 第一章：实时与非平衡态动力学模拟的新范式 传统上，原子结构计算多集中于基态或准稳态。本章重点介绍如何通过实时间演化方法来捕获原子系统在光激发、碰撞或极端温度梯度下的瞬态行为。 1.1 实时密度矩阵重整化群（tdRMG）及其在光化学中的应用：讨论如何将RMG的优势从静态相关性计算扩展到时间依赖性计算中，特别关注对电子-振动耦合（非马尔可夫过程）的精确处理。这包括对光捕获复合体中能量转移路径的解析。 1.2 非平衡格林函数（NEGF）的高级扩展：超越标准输运计算，探讨NEGF在模拟超快电子弛豫和高次谐波产生（HHG）过程中的积分方程求解技术，重点讨论如何有效处理自能的频率依赖性和非局域性。 1.3 耦合簇理论的动力学拓展（TD-CC）：介绍如何在保持高精度相关性的同时，将耦合簇方法应用于时间依赖性问题。重点分析其在描述电子激发态寿命和振动模式耦合中的优势与计算瓶颈。 第二章：强关联电子系统的计算挑战与解决方案 本章专门处理那些因电子间库仑排斥作用过于强烈，导致传统单粒子近似失效的体系，如过渡金属氧化物、稀土材料和高$T_c$超导体。 2.1 动态平均场理论（DMFT）的几何嵌入与拓扑：超越标准的局域DMFT，本章探讨如何将DMFT与周期性边界条件下的周期性边界条件（PBC）框架结合（称为$DMFT+U$或嵌入式DMFT），以准确处理具有晶格结构或表面效应的强关联材料。特别关注其在处理金属-绝缘体转变（Mott Transition）中的应用。 2.2 量子蒙特卡洛（QMC）的变分与投影技术：聚焦于随机漫步方法在处理费米子符号问题上的最新进展，如投影算符技术和修正的变分波函数构建。讨论如何利用这些技术来提取基态能量和激发能谱，并评估其对重元素的精确性。 2.3 多参考态方法（MRCI, CASPT2）的效率提升：针对大型分子和晶体片段，讨论如何通过限制活性空间或使用截断的耦合项来降低MRCI的指数级计算成本，同时保持对关键的动态和静态电子关联的描述能力。 第二部分：跨尺度模拟与多物理场耦合 本部分关注如何将原子尺度的精确计算结果与更宏观的介观尺度或更复杂的物理环境相结合，实现跨尺度的精确预测。 第三章：多尺度模拟中的信息传递与界面效应 本章探讨如何有效地连接不同尺度的计算模型，特别是在界面和缺陷处。 3.1 从DFT到分子动力学（MD）的势能面构建：详细介绍基于DFT的力场（例如，嵌入式原子势或神经网络势，NNP）的构建流程。重点讨论如何确保NNP在化学反应性和高能运动学区域的准确性，并评估其在模拟大尺度扩散和相变中的误差累积。 3.2 量子-经典耦合（QM/MM）的高级边界处理：超越简单的静电嵌入，讨论如何处理原子级别量子区域（QM）与经典区域（MM）之间的电荷转移和轨道耦合。探讨在模拟酶活性中心或催化剂表面反应时，如何优化QM区域的选取和边界条件的设置。 3.3 缺陷工程中的原子尺度计算：分析计算在预测材料中点缺陷（空位、间隙原子）的形成能、迁移能垒和电子态捕获机制中的作用。重点讨论如何利用周期性边界条件下的缺陷模型来准确模拟有限尺寸效应下的晶格畸变。 第四章：极端条件下的原子结构与材料响应 本章聚焦于地球科学、高能物理和聚变研究中常见的极端条件（高压、高温、强磁场）对原子结构的影响。 4.1 高压下的结构优化与相图预测：讨论使用进化算法（如USPEX）与DFT相结合来预测晶体结构在数百万大气压下的稳定性。重点关注如何处理原子核的零点能和电子熵对相变的贡献。 4.2 高密度等离子体中的电子结构：探讨在高温高密度（HEDP）环境下，如何修正标准DFT的交换关联泛函以适应离子有效电势的改变。介绍如何使用密度矩阵方法或蒙特卡洛模拟来处理离子-电子混合系统的热力学性质。 4.3 强磁场对原子能级的精细影响：分析在超强磁场（例如，中子星表面或特定实验室等离子体）下，如何求解包含自旋轨道耦合和朗道能级的原子薛定谔方程。讨论相对论效应在描述重元素在高磁场下行为时的重要性。 第三部分：面向应用的高级计算工具与验证 本部分讨论如何将理论计算转化为可信赖的、可比较的科学工具，并关注软件工程和数据基础设施。 第五章：高精度计算的误差分析与基准测试 5.1 激发态计算的系统误差评估：详细剖析时间依赖性密度泛函理论（TD-DFT）中的自相互作用误差（SIE）对激发能和振荡强度的影响。介绍如何利用$Delta$-SCF方法和高阶微扰理论（如GW近似）来系统地校准和修正计算结果。 5.2 分子与周期性系统的基准数据库构建：讨论建立标准化的验证数据集（如针对化学反应能、键离解能的准确性测试集）的方法论，并展示如何使用这些数据集来评估不同计算方法的系统偏差和随机不确定性。 5.3 并行化与GPU加速的高性能实现：分析现代量子化学和固体物理代码（如大规模的Kohn-Sham矩阵对角化或迭代求解器）如何有效地利用GPU架构，包括张量核心计算和内存访问模式优化，以实现皮秒级时间尺度的模拟。 本书的最终目标是提供一个全面的视角，展示计算原子结构科学如何作为连接基础物理原理与复杂材料、化学和物理现象的桥梁，强调计算方法的选择、实施的严谨性以及结果的可靠性验证是实现科学突破的关键。

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我对宇宙的奥秘充满好奇，特别是构成物质最基本单元的原子。我一直在思考，我们如何能够通过计算来理解原子的结构，预测它的行为，甚至模拟宇宙中各种元素的形成和演化。这本书的标题《Computational Atomic Structure》让我觉得它可能能够提供一些答案。我非常希望它能够用通俗易懂的语言，解释原子内部的粒子是如何相互作用的，以及这些相互作用是如何决定原子的性质的。例如，它是否会介绍一些关于量子力学和原子模型的科普知识，让我能够理解为什么电子不是在轨道上围绕原子核旋转，而是以概率云的形式存在？我是否能通过这本书了解到，科学家是如何利用计算机来模拟原子碰撞，计算恒星内部发生的核聚变反应，或者预测黑洞周围物质的行为？我希望这本书能为我提供一个窗口，让我能够一窥原子结构计算在天体物理、宇宙学等宏大科学问题中的应用，让我能够更深刻地理解我们所处的宇宙。

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对于我这个刚刚步入量子化学研究门槛的学生来说，一本好的教材至关重要。我目前还在努力消化基础的量子力学理论，例如薛定谔方程、波函数、算符等等。我知道原子结构的计算是化学和物理领域的一个核心分支，它直接关系到我们如何理解物质的性质。我希望这本书能够用一种清晰易懂的方式，循序渐进地介绍原子结构计算的基本概念和常用方法。例如，它是否会从最简单的氢原子模型讲起，然后逐步引入多电子原子和分子的近似处理方法？我特别希望能看到一些实际计算的例子，最好能有对应的代码或软件介绍，这样我就可以跟着书上的例子动手实践，加深理解。我之前接触过一些简单的分子轨道计算，但对于更复杂的原子结构问题，比如自旋轨道耦合、相对论效应等，我感到非常困惑。这本书能否为我提供一个清晰的指引，让我能够理解这些效应的重要性，以及在计算中如何考虑它们？我非常希望它能帮助我建立起坚实的计算基础，为我未来深入学习量子化学打下良好的根基。

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作为一名退休多年的老教授，我见证了原子结构计算领域的沧桑巨变。从早年手工计算的艰辛，到如今计算机辅助的日新月异，我对此充满感慨。我一直关注着这个领域的发展，尤其是那些能够推动科学前沿的计算方法和理论创新。这本书的出现，让我看到了新一代研究者在这一领域的探索成果。我希望这本书能够对原子结构计算的历史沿革做一个简要的回顾，让我这个老学究能够温故知新，了解在我的职业生涯之后，这一领域又取得了哪些重要的突破。同时，我也对那些能够提供深刻物理洞察的计算方法感兴趣，例如，书中是否会深入探讨如何通过精确计算来揭示原子核、电子壳层之间的相互作用，以及这些相互作用如何影响原子的化学键合和光谱特征？我尤其关注那些能够解释复杂物理现象，例如超导、磁性、以及凝聚态物理中其他奇特行为的计算模型。希望这本书能为我提供一些新的思考，让我即使在退休之后，也能继续保持对科学的热情和关注。

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我是一名材料科学的研究人员，我们团队一直在尝试利用计算模拟来设计和优化新型功能材料。原子结构的精确计算是理解材料宏观性质的微观基础，例如其电子结构、光学性能、磁性以及催化活性等。我一直在寻找一本能够提供最新计算方法，并且能够解释这些方法如何应用于实际材料问题上的书籍。这本书的名称《Computational Atomic Structure》听起来非常契合我的需求。我非常关心的是，书中是否会详细介绍如何使用各种计算方法（如DFT、耦合簇理论等）来计算材料的能带结构、态密度、电子局域化程度等关键参数？此外，对于一些复杂的材料体系，例如具有强电子关联效应的氧化物或催化剂，传统的DFT方法可能存在局限性，我希望书中能够介绍一些更高级的计算模型，比如DMFT（动态平均场理论）或Gutzwiller方法，以及它们在解决这些问题上的应用。我也很期待书中能有一些关于如何优化计算参数、如何分析计算结果、以及如何将计算结果与实验数据进行对比的指导。

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这本书的书名就足以勾起我浓厚的兴趣。作为一个长期在理论物理领域摸爬滚打的研究者，我深知原子结构计算的复杂性和重要性。从早期的量子力学发展，到如今高性能计算的飞速进步，原子结构的研究方法和工具经历了翻天覆地的变化。我尤其关注那些能够提供深刻理论洞察，同时又具备强大计算能力的工具。想象一下，能够精确模拟多体系统的电子行为，理解原子和分子的光谱性质，甚至预测新材料的出现，这该是多么令人振奋的科学探索。我非常期待这本书能够在我已有的知识基础上，为我打开新的视角，提供一些前沿的计算方法和模型，也许还能引导我思考一些当前尚未解决的关键物理问题。它是否会深入探讨密度泛函理论（DFT）的最新发展？或者会涵盖量子蒙特卡洛方法（QMC）在处理强关联体系时的优势？亦或是会介绍一些新兴的机器学习方法在加速原子结构计算方面的应用？我希望这本书能提供一个系统性的框架，让我能够更好地理解这些计算方法背后的物理原理，以及它们在解决实际科学问题时的潜力。

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