Computer Simulation Studies in Condensed-Matter Physics XIX pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:Springer-Verlag Berlin and Heidelberg GmbH & Co. K

作者:Landau, David P. 编

出品人:

页数:163

译者:

出版时间:2008-10

价格:$ 303.97

装帧:

isbn号码:9783540856245

丛书系列:

图书标签:

• Condensed Matter Physics
• Computer Simulation
• Materials Science
• Statistical Physics
• Computational Physics
• Solid State Physics
• Many-Body Systems
• Molecular Dynamics
• Monte Carlo Methods
• Electronic Structure

电子与原子尺度下的量子织锦：凝聚态物理学模拟研究的崭新视角 凝聚态物理学，这门探索宏观物质性质如何从其微观构成单元——原子、电子及其相互作用中涌现的学科，一直是物理学中最富活力和挑战性的领域之一。从超导体的奇异电磁行为，到半导体的精妙电子操控，再到量子材料的奇幻特性，理解这些现象的根源，离不开对海量粒子复杂集体行为的精确描绘。随着计算能力的飞跃和算法的不断创新，计算机模拟已不再是辅助性的工具，而是成为揭示物质内在奥秘、预测新材料性能、指导实验设计的核心驱动力。 《计算机模拟研究在凝聚态物理学中的应用（第十九卷）》正是这样一本汇聚了当前凝聚态物理学模拟研究前沿成果的学术专著。本书聚焦于利用先进的计算方法，深入探讨凝聚态物质在微观尺度下的行为规律，其内容涵盖了从基础理论的检验到复杂材料的设计，展现了计算模拟在拓宽我们认知边界方面的强大潜力。 超越经典：量子效应与多体问题的精妙刻画 在微观世界，量子力学规则无处不在，深刻影响着电子的行为与物质的集体属性。本书的诸多章节着力于解决多体问题，即系统中大量粒子之间相互作用所产生的复杂性。经典的密度泛函理论（DFT）在描述电子结构方面取得了巨大成功，但对于强关联电子体系，例如高温超导体、磁性材料以及某些过渡金属氧化物，其局限性逐渐显现。因此，本书中一些研究深入挖掘了更高级的量子化学方法，如耦合簇理论（Coupled Cluster Theory）和多参考组态相互作用（Multi-Reference Configuration Interaction, MRCI），这些方法能够更准确地捕捉电子之间的关联效应，从而在原子尺度上精确预测材料的电子光谱、能量差以及相变行为。 此外，量子蒙特卡洛（Quantum Monte Carlo, QMC）方法，以其能够处理具有复杂波函数和强关联性的量子多体系统而著称，在本书中也占有重要地位。通过巧妙的采样和统计技术，QMC方法能够绕过高维积分的困难，为研究诸如费米液体、量子磁有序以及量子相变等前沿问题提供了强大的计算工具。本书中的相关章节，通过具体的计算实例，展示了QMC方法如何揭示出非传统电子配对机制、理解磁性材料中的拓扑激发，甚至预测新颖的量子物态。 从单粒子到集体激发：动力学模拟的广阔天地 除了静态的电子结构计算，理解物质在时间和空间上的演化同样至关重要。本书中的研究也广泛涉及了动力学模拟，通过追踪粒子随时间的运动和相互作用，来揭示宏观现象的微观根源。分子动力学（Molecular Dynamics, MD）模拟，作为研究原子和分子运动的基石，在本书中被用于探索材料的机械性能、热力学性质以及相变动力学。例如，通过MD模拟，可以精确计算材料的弹性模量、泊松比，研究晶格振动的传播机制，或者模拟固液相变的微观过程，甚至在极端条件下（如高温高压）观察材料的结构演化。 值得关注的是，本书中一些研究将MD模拟与机器学习（Machine Learning）方法相结合。传统的MD模拟在处理包含数百万甚至数十亿原子的大尺度系统时，其计算成本会急剧上升。通过训练能够快速预测粒子间相互作用势的机器学习模型，研究人员能够显著提高MD模拟的效率，从而研究更大、更复杂的体系，例如材料的断裂过程、界面的动力学演化，甚至生物分子的构象变化。 另一方面，为了描述材料中更广泛的集体激发，如声子（晶格振动）、磁振子（磁有序的激发）以及激子（电子-空穴对），本书中的内容也深入探讨了各种计算方法。例如，使用密度泛函理论计算的声子谱，能够预测材料的热容、导热系数以及在不同温度下的结构稳定性。对磁性材料的模拟，则可能利用微磁学（Micromagnetics）方法或者基于第一性原理的蒙特卡洛方法，来研究畴壁动力学、磁畴的形成与湮灭，以及在外部磁场作用下的磁响应。 新材料的诞生：设计与预测的计算引擎 凝聚态物理学研究的最终目标之一是设计和发现具有特定功能的“新材料”。计算机模拟在这方面扮演着不可或缺的角色，它能够以前所未有的速度和精度，筛选和预测潜在的新材料。本书中的章节，充分体现了计算模拟作为新材料设计引擎的强大能力。 例如，在催化剂设计领域，研究人员利用第一性原理计算，模拟反应物分子在催化剂表面吸附、扩散以及反应的能量路径。通过改变催化剂的成分、结构或者表面修饰，可以系统地评估其催化活性和选择性，从而指导实验合成更高效的催化剂，例如用于能源转化或污染物降解。 在半导体材料研究中，为了实现更高性能的电子器件或新型光电器件，对半导体材料的能带结构、载流子输运性质以及激子动力学进行精确预测至关重要。本书中的研究，可能利用DFT及其扩展方法，来设计具有特定带隙、高载流子迁移率的量子点、二维材料或者复合半导体，甚至预测其在光照下的发光或电致发光性能。 此外，本书的内容也可能触及对功能材料（如压电材料、铁电材料、形状记忆合金）的模拟研究。通过计算这些材料在应力、电场或温度变化下的结构响应和相变行为，可以优化其性能，或者探索新的应用领域，例如传感器、驱动器或储能器件。 跨越边界：多尺度模拟与交叉学科的融合 理解凝聚态物质的性质，往往需要同时考虑不同尺度的物理现象。从原子间的相互作用到宏观的材料性能，中间存在着纳米尺度、微米尺度的复杂过程。本书中的一些前沿研究，则致力于发展和应用多尺度模拟方法，将不同尺度的模拟技术有机地结合起来，以期获得更全面的认识。 例如，可能将第一性原理计算得到的局部相互作用信息，传递给更大尺度的MD模拟，从而实现对材料宏观行为的精确预测。这种“从第一性原理出发”的多尺度方法，能够有效地规避在单个模拟尺度上难以处理的计算瓶颈，同时保留了微观细节的准确性。 同时，凝聚态物理学的研究也日益与其他学科深度融合。本书中的内容，可能展示出计算模拟在交叉学科领域的应用，例如： 生物物理学： 利用分子动力学模拟研究蛋白质折叠、膜蛋白的结构与功能、药物分子的靶向结合等。 材料科学与工程： 模拟材料的生长过程、晶界和界面结构、应力腐蚀裂纹的扩展等，为材料的制备和应用提供指导。 量子信息科学： 模拟量子比特的退相干过程、量子纠缠的演化、量子计算算法的实现等，为构建量子计算机提供理论支持。 结语 《计算机模拟研究在凝聚态物理学中的应用（第十九卷）》是一部集前沿性、深度性和广泛性于一体的学术力作。它不仅系统地展现了计算模拟在理解物质世界方面所取得的最新进展，更揭示了这一强大工具在未来科学发现和技术创新中所扮演的关键角色。本书凝聚了众多顶尖研究者的智慧与努力，为凝聚态物理学界的研究者、学生以及相关领域的科学家们提供了一个宝贵的学习和交流平台，必将激励新一轮的探索浪潮，推动我们对物质本质的认知迈向新的高度。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆