本書介紹計算材料學中常見材料計算方法的基本原理和所需的基礎知識，包括經(jīng)典力學基礎與晶體結構相關知識、分子動力學基礎、量子力學基礎、密度泛函理論、量子化學計算基礎、能帶計算、第一性原理分子動力學模擬、蒙特卡羅方法、相場方法、機器學習及其在材料領域中的應用，共10章內容。本書根據(jù)材料類專業(yè)學生的知識結構特點，在重點介紹材料計算方法及其原理的基礎上，介紹這些方法在材料研究中的應用，以滿足材料類專業(yè)人員系統(tǒng)學習計算材料學所需相關知識的迫切需求。
本書可用作高等院校材料類研究生和高年級本科生教材，也可用作材料科學與工程領域教學與科研人員的參考書。
第1章 經(jīng)典力學基礎與晶體結構相關知識
1.1 經(jīng)典力學基本概念
1.2 經(jīng)典運動力學基礎
1.3 統(tǒng)計力學基礎
1.4 晶體中的原子坐標
1.5 晶體的倒易空間
1.6 元胞和布里淵區(qū)的標準取法
習題
參考文獻
第2章 分子動力學基礎
2.1 勢函數(shù)與分子力場
2.2 系綜原理
2.3 分子動力學方法工作流程
2.4 分子動力學計算過程
2.5 分子運動方程的數(shù)值求解
2.6 分子動力學材料性能分析
習題
參考文獻
第3章 量子力學基礎
3.1 波函數(shù)與薛定諤方程
3.2 算符與力學量
3.3 電子在庫侖場中的運動
3.4 自旋與全同粒子
3.5 微擾理論與變分原理
3.6 Dirac符號
習題
參考文獻
第4章 密度泛函理論
4.1 波函數(shù)方法
4.2 密度泛函理論基礎
4.3 基函數(shù)
4.4 贗勢方法
4.5 交換關聯(lián)勢
習題
參考文獻
第5章 量子化學計算基礎
5.1 多電子原子的自洽場計算
5.2 分子軌道理論
5.3 分子軌道從頭計算法
5.4 量子化學計算的應用
習題
參考文獻
第6章 能帶計算
6.1 Bloch定理與能帶結構
6.2 能帶計算方法
6.3 能帶計算的過程與晶體物理性質的計算
習題
參考文獻
第7章 第一性原理分子動力學模擬
7.1 BOMD和CPMD模擬方法
7.2 平面波基函數(shù)
7.3 贗勢
7.4 PIMD模擬簡述及AIMD模擬舉例
習題
參考文獻
第8章 蒙特卡羅方法
8.1 蒙特卡羅方法的基本思想
8.2 隨機數(shù)的產(chǎn)生
8.3 隨機變量抽樣
8.4 不同系綜的蒙特卡羅方法
8.5 蒙特卡羅方法應用舉例——硼烯納米帶的Monte Carlo模擬
習題
參考文獻
第9章 相場方法
9.1 相場方法基本概述
9.2 序參量
9.3 連續(xù)體相場動力學模型
9.4 微觀相場動力學模型
9.5 局部自由能函數(shù)
9.6 相場方法在材料科學中的應用
習題
參考文獻
第10章 機器學習及其在材料領域中的應用
10.1 材料基因組工程與機器學習簡介
10.2 機器學習的理論基礎
10.3 機器學習與計算材料
10.4 機器學習在材料領域的應用
習題
參考文獻
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