Novel Aspects of Electron-Molecule Collisions pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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isbn号码:9789810234690

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• Electron-Molecule Collisions
• Atomic Physics
• Molecular Physics
• Quantum Scattering
• Cross Sections
• Electron Impact
• Plasma Physics
• Spectroscopy
• Ionization
• Excitation

经典量子化学计算在凝聚态物理中的应用 本书旨在深入探讨量子化学计算方法在理解和预测复杂凝聚态系统，如半导体、金属氧化物以及新型功能材料的宏观物理性质中的核心作用。本书不侧重于基础的散射理论或电子-分子碰撞动力学，而是聚焦于如何利用高精度电子结构理论，特别是密度泛函理论（DFT）及其后DFT方法（如GW近似和耦合簇理论），来解析凝聚态体系中电子、原子核以及晶格振动之间的相互作用。 第一部分：计算基础与方法论的桥接 本部分首先建立起从微观电子结构到宏观热力学和输运性质的理论桥梁。我们详细阐述了周期性边界条件下的波函数表达和能量最小化原理，这是描述晶体材料的基石。重点讨论了各类泛函在处理范德华相互作用（vdW）和强关联电子体系时的局限性与改进方案。 第一章：密度泛函理论（DFT）在固体物理中的应用进阶 本章超越了标准LDA和GGA的应用范围，深入剖析了如何精确描述带隙问题。我们将对比分析HSE06混合泛函与精确的Hartree-Fock（HF）方法在半导体带隙预测上的差异，并提供了一套实用的流程指南，用于选择最适合特定材料体系的交换-关联泛函。此外，我们探讨了如何利用自相互作用校正（SIC）来缓解局域密度近似（LDA）在描述d/f电子体系时的过度局域化问题。 第二章：准粒子激发与光谱学预测 理解材料的光学和电子响应，必须准确计算准粒子激发。本章的核心在于对GW近似的详尽阐述。我们从基本的多体微扰理论出发，推导出动态屏蔽的库仑相互作用$W$，并展示如何通过求解非屏蔽响应函数$chi_0$和线性方程组来获得准确的电子激发能量。书中包含针对金属氧化物（如TiO2、NiO）和二维材料（如MoS2）的案例研究，用以说明GW方法在预测吸收边、功函数以及表面重构电荷转移方面的精确性。我们还讨论了如何将此方法与时间依赖性DFT（TD-DFT）相结合，以捕捉更复杂的电荷转移激子态。 第二章补充：声子与电子-声子耦合 本节引入了晶格动力学，即声子理论。我们详细介绍了基于有限差分和密度泛函微扰理论（DFPT）计算势能面（Forces）和弹性常数的方法。核心内容集中在电子-声子耦合（EPC）的量化。通过计算电子态对原子位移的响应，我们阐述了如何量化电子散射率、计算电子的有效质量修正，以及预测德拜温度（Debye Temperature）和超导临界温度（$T_c$）的微观机制。 第二部分：复杂电子态与功能材料的模拟 本部分将理论工具应用于描述具有挑战性的材料体系，这些体系的性质往往受到强关联效应和结构缺陷的深刻影响。 第三章：强关联体系的挑战与解决方案 对于过渡金属氧化物和稀土化合物，标准DFT往往失效。本章专门处理Hubbard U项的应用，即DFT+$U$方法。我们不仅解释了Hubbard模型的物理意义，还深入探讨了如何选择合适的有效$U$值，并对比了局域平均场理论（LMTO）与DFT+$U$在区分金属-绝缘体转变中的优势。此外，我们还介绍了一种更先进的、基于轨道投影的DMFT（动力学平均场理论）与DFT的混合计算框架，用于更精确地描述Mott绝缘体的激发光谱。 第四章：表面、界面与异质结的物理化学 凝聚态物理中的许多前沿应用（如催化、电池电极）都发生在界面。本章聚焦于如何模拟无限晶体模型到有限尺寸（薄膜、纳米颗粒）的过渡。我们详细论述了表面弛豫的计算流程，以及使用超单元（Supercell）模拟缺陷（空位、间隙原子、取代杂质）的能量学和电子结构影响。尤其关注了异质结的能带失配问题，以及如何通过界面应变工程（Strain Engineering）来调控能带的相对位置，从而实现界面处的电荷分离或电荷转移。 第五章：磁性材料的电子结构描述 磁性来源于未配对电子的自旋。本章侧重于描述磁性的计算方法。我们将阐述如何通过自旋极化计算（Spin-Polarized Calculation）来确定不同磁有序态（铁磁性、反铁磁性、螺旋磁性）的基态能量。通过计算磁矩的局域分布和磁性耦合常数（通过碎裂型磁性模型或使用Hubbard模型分析），本书指导读者如何从第一性原理预测磁转变温度和磁各向异性。 结论：计算到实验的映射 最后，本书总结了如何将计算所得的密度、能级、耦合常数等微观量，通过理论模型（如玻尔兹曼输运方程或格林函数方法）映射到可测量的宏观属性，如电导率、热导率和介电响应函数，从而为材料设计提供清晰的指导路径。本书的重点在于构建一个稳健的、多尺度的计算框架，用以攻克凝聚态物理中复杂的电子结构问题。

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