Density Functional Theory pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Gross, E. K. U./ Dreizler, Reiner M. (EDT)

出品人:

页数:690

译者:

出版时间:1995-3

价格:$ 563.87

装帧:

isbn号码:9780306449055

丛书系列:

图书标签:

物理学
化学
量子化学
密度泛函理论
计算化学
材料科学
固体物理
电子结构
从头算
分子模拟

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具体描述

Density functional theory is a rapidly developing branch of many-particle physics that has found applications in atomic, molecular, solid state and nuclear physics. This text describes the conceptual framework of density functional theory and discusses in detail the derivation of explicit functionals from first principles as well as their application to Coulomb systems. Both non-relativistic and relativistic systems are treated. The connection of density functional theory with other many-body methods is highlighted. The presentation is self-contained; the book is thus suited for a graduate course on density functional theory.

凝聚态物理中的电子结构与性质：理论与计算方法本书聚焦于现代凝聚态物理和材料科学研究的核心——如何精确描述和预测多体电子系统的基态性质和低激发态行为。本书旨在为读者提供一个全面、深入且具有高度实践指导意义的理论框架和计算工具箱，用以解析从原子、分子到复杂晶体和纳米结构中的物理现象。第一部分：基础理论与量子力学的基石本部分将首先回顾和巩固研究电子系统的量子力学基础。我们将从薛定谔方程出发，详细阐述多体波函数的复杂性及其在处理大量电子系统时遇到的“维度灾难”。在此基础上，本书将深入探讨轨道理论（如Hartree-Fock方法）的局限性，特别是在处理电子间的关联效应方面。核心内容将聚焦于有效哈密顿量的概念，特别是单粒子约化密度矩阵的重要性。我们将详细分析密度矩阵重整化群（DMRG）和量子蒙特卡洛（QMC）方法在处理一维和低维系统时的优势和具体实现细节。对于三维系统，本书将引入平均场理论（Mean-Field Theory）的精细化处理，探讨如何通过引入有效相互作用来近似描述复杂体系。第二部分：从原子到晶格：周期性系统的处理本部分着重于处理具有周期性边界条件的固体材料。我们将详细讲解布洛赫定理（Bloch’s Theorem）在电子波函数结构上的决定性作用，并阐述晶体动量（Crystal Momentum）作为守恒量的重要性。书中对能带理论（Band Theory）的讲解将超越基础的紧束缚模型，深入到更具描述能力的平面波展开法（Plane Wave Expansion）。我们将详尽分析布里渊区（Brillouin Zone）的结构，并介绍诸如梯子近似（Ladder Approximations）等处理电子散射和输运性质的高级技术。一个关键的章节将致力于对称性分析。我们将运用群论的语言来分类和理解电子态的简并性、能带的穿越点以及狄拉克锥和Weyl点的拓扑性质。这将为理解材料的光学、电学和磁学性质提供强有力的理论工具。第三部分：激发态物理与非平衡态的探索传统的基态计算往往不足以描述材料在光照、电场或温度梯度下的动态响应。本部分将转向激发态理论。我们将详细介绍线性响应理论，用以计算材料的介电函数、磁化率和导电性。针对电子-空穴激子的形成与束缚，本书将深入探讨准粒子理论，特别是贝特-萨尔珀（Bethe-Salpeter, BSE）方程的推导、求解和在光吸收光谱预测中的应用。对于更复杂的电子激发，如电荷转移和能量传递，本书将引入弗雷德尔-朗之万动力学以及非平衡态格林函数（NEGF）方法。我们将演示如何将这些方法应用于纳米器件的输运性质计算，例如隧穿效应和界面电子态的调控。第四部分：计算方法的高级实现与实践本部分是本书的实践核心，它将详细剖析几种主流计算方法的内部机制及其在实际计算包中的实现细节。我们将深入研究有限精度计算带来的挑战，包括截断误差、泰勒展开的收敛性控制。对于涉及局域电子的强关联系统，如过渡金属氧化物，我们将讨论如何有效地结合Hubbard模型与更精确的求解器，例如DMFT（Dynamical Mean-Field Theory）的迭代过程。书中将包含关于计算效率的讨论，涵盖如何有效地利用并行计算架构（如MPI和OpenMP）来加速矩阵对角化和积分运算。此外，我们将探讨势能面（Potential Energy Surface, PES）的构建及其在计算分子动力学模拟中的应用，重点关注力场（Force Fields）的精细化构造和参数化过程，以确保模拟结果的物理可靠性。第五部分：前沿课题与交叉领域最后，本书将引导读者关注当前凝聚态物理研究的前沿方向： 1. 拓扑材料的电子结构：深入分析拓扑不变量（如陈数、Z2不变量）如何从布洛赫能带结构中提取，以及这些性质如何导致无耗散的边缘态。 2. 表面与界面效应：讨论如何处理电子在非周期性边界条件下的行为，包括范德华异质结中的层间耦合和电荷转移。 3. 自旋电子学与磁性：阐述如何通过对自旋自由度的精确描述来预测新颖的磁结构（如斯格明子）和巨磁阻效应。本书的编写风格注重理论的严谨性与计算的可操作性之间的平衡，力求使读者不仅理解“是什么”，更能掌握“如何做”。通过对数学推导的清晰呈现和对实际应用案例的深入剖析，本书将成为凝聚态物理和材料科学研究人员、高级本科生和研究生必备的参考指南。