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本書從密度泛函理論出發(fā)，詳細(xì)介紹理論框架及其在材料計(jì)算中的應(yīng)用。介紹密度泛函的基礎(chǔ)理論框架及計(jì)算編程思路，進(jìn)而按照解決實(shí)際問題的思路，對熱門材料（包括半導(dǎo)體材料和儲能材料）進(jìn)行具體的計(jì)算和分析。本書內(nèi)容由淺入深、逐步遞進(jìn)，帶領(lǐng)讀者深入了解密度泛函理論的實(shí)際應(yīng)用和階梯式計(jì)算研究的模式。

本書提供詳細(xì)的材料計(jì)算案例和分析，可以幫助讀者快速了解材料計(jì)算和模擬領(lǐng)域的前沿知識，進(jìn)行實(shí)踐研究，適合材料計(jì)算和模擬領(lǐng)域的科研人員閱讀，也適合于物理化學(xué)、材料化學(xué)、計(jì)算物理等相關(guān)專業(yè)的師生閱讀。

第 1章密度泛函基礎(chǔ)理論框架 1

1.1　薛定諤方程　1

1.2　交換關(guān)聯(lián)泛函　5

1.2.1　局域密度近似　6

1.2.2　廣義梯度近似　7

1.2.3　LDA(GGA) U軌道相關(guān)泛函　10

1.3　贗勢理論　13

1.3.1　Norm-conserving贗勢　13

1.3.2　Ultrasoft贗勢　16

1.3.3　PAW贗勢　17

1.4　KS方程的解法　19

1.5　晶體總能　21

1.5.1布里淵區(qū)積分　21

1.5.2密度自洽步進(jìn)方法　23

1.5.3總能的計(jì)算　23

1.6　結(jié)構(gòu)優(yōu)化　24

1.7　電子態(tài)密度和能帶結(jié)構(gòu)　25

1.7.1　電子態(tài)密度　25

1.7.2　能帶結(jié)構(gòu)　26

第　2章計(jì)算實(shí)例簡介　28

2.1　半導(dǎo)體材料　28

2.1.1　IMZOm的應(yīng)用背景　28

2.1.2　IMZOm的實(shí)驗(yàn)特征　33

2.1.3　IMZOm的計(jì)算研究概況　37

2.2　儲能材料　40

2.2.1　MXenes的應(yīng)用背景　40

2.2.2　MXenes的計(jì)算研究概況　41

2.3實(shí)例計(jì)算內(nèi)容　43

2.3.1　IMZOm的計(jì)算內(nèi)容　43

2.3.2　MXenes的計(jì)算內(nèi)容　50

第3章　半導(dǎo)體材料晶體結(jié)構(gòu)計(jì)算　53

3.1　晶體結(jié)構(gòu)存在的問題　53

3.2　計(jì)算方法　55

3.3　IMZOm調(diào)制結(jié)構(gòu)模型和HRTEM模擬結(jié)果　56

3.4　IMZOm結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的第一性原理研究　61

3.5　IZOm結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和形成機(jī)制　64

3.5.1　IZOm的不同晶體結(jié)構(gòu)模型　64

3.5.2　結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和形成機(jī)制　66

3.6　計(jì)算結(jié)論　72

第4章　半導(dǎo)體材料電子結(jié)構(gòu)計(jì)算　74

4.1　體系結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)的電子結(jié)構(gòu)特征　74

4.2　標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算結(jié)構(gòu)模型　76

4.3　計(jì)算方法　77

4.4　計(jì)算結(jié)果分析　78

4.4.1　ZnO和In2O3的電子結(jié)構(gòu)　78

4.4.2　IZOm的態(tài)密度　80

4.4.3　IZOm的能帶結(jié)構(gòu)　82

4.4.4　IZOm的電子有效質(zhì)量和最優(yōu)化輸運(yùn)路徑　85

4.5　計(jì)算結(jié)論　89

第5章　半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)電子輸運(yùn)性質(zhì)計(jì)算　90

5.1　半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)電子輸運(yùn)I-V曲線特征　90

5.2　納米線MSM結(jié)構(gòu)模型　94

5.2.1　空間電荷區(qū)的勢能分布　94

5.2.2　納米線的子帶結(jié)構(gòu)　97

5.3　金屬半導(dǎo)體接觸端的電子輸運(yùn)特征　98

5.3.1　電流的能量分布　100

5.3.2　接觸端區(qū)域的電子輸運(yùn)過程　103

5.4　MSM結(jié)構(gòu)I-V特性曲線特征　105

5.4.1　不同單元位置的電子輸運(yùn)特征　105

5.4.2　I-V特性曲線　109

5.5　IZOm納米帶電子輸運(yùn)特征　111

5.5.1　實(shí)驗(yàn)結(jié)果　111

5.5.2　MSM結(jié)構(gòu)模擬　112

5.5.3　SCL輸運(yùn)　113

5.5.4　跳躍輔助的束縛態(tài)電子能帶輸運(yùn)模型　115

5.6　計(jì)算結(jié)論　118

第6章　儲能材料結(jié)構(gòu)形成機(jī)制　120

6.1　MXenes結(jié)構(gòu)形成存在的問題　120

6.2　計(jì)算方法　121

6.3　插層Ti3C2的結(jié)構(gòu)特性及形成機(jī)理　121

6.3.1純Ti3C2和Ti3C2嵌入單一原子的基態(tài)結(jié)構(gòu)　121

6.3.2　Ti3C2與單一原子相互作用的形成機(jī)理　124

6.3.3　Ti3C2與F和O相互作用的形成機(jī)理　128

6.3.4　Ti3C2與F、O以及H相互作用的形成機(jī)理　130

6.3.5　Li插層的形成及其電荷儲存機(jī)制　132

6.4計(jì)算結(jié)論　135

第7章　儲能材料結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)變化　137

7.1　MXenes結(jié)構(gòu)變化問題　137

7.2　計(jì)算方法　137

7.3　含H基團(tuán)對Ti3C2Tx結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的影響　138

7.3.1　表面官能團(tuán)的形成機(jī)理　138

7.3.2　Ti3C2Tx的支柱　140

7.4　計(jì)算結(jié)論　145

第8章　二維儲能材料不同類型離子擴(kuò)散機(jī)理　146

8.1　MXenes的離子擴(kuò)散問題　146

8.2　計(jì)算方法　146

8.3　離子擴(kuò)散勢能面　148

8.4　離子擴(kuò)散分子動(dòng)力學(xué)模擬　153

8.5　計(jì)算結(jié)論　156

參考文獻(xiàn)　157

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