Strong Coulomb Correlations in Electronic Structure Calculations pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:CRC Pr I Llc

作者:Anisimov, Vladimir I. (EDT)

出品人:

页数:317

译者:

出版时间:

价格:149.95

装帧:HRD

isbn号码:9789056991319

丛书系列:

图书标签:

• Strongly Correlated Systems
• Electronic Structure
• Many-Body Physics
• Density Functional Theory
• Dynamical Mean-Field Theory
• Quantum Chemistry
• Materials Science
• Computational Physics
• Correlation Effects
• Solid State Physics

凝聚态物理学前沿探索：新材料的电子结构与性质 本书深入探讨了凝聚态物理学领域中，特别是新型功能材料的电子结构、电子关联效应以及由此衍生的宏观物理性质。全书的重点聚焦于那些传统单电子理论模型难以精确描述的复杂多体系统，旨在为计算物理学家、材料科学家以及固体物理研究人员提供一套全面且深入的理论框架和先进的计算方法论。 第一部分：先进计算方法学基础与挑战 本部分构建了理解和模拟复杂电子系统的理论基石。我们首先回顾了密度泛函理论（DFT）的最新发展，特别是针对强关联体系和具有显著局域效应材料的改进泛函的构建。我们详细讨论了DFT+U、混合泛函（如HSE06）以及元GGA泛函在描述半导体、过渡金属氧化物和稀土材料方面的适用性和局限性。 随后，本书将重点介绍如何超越标准DFT框架来处理强关联体系。我们对动态平均场理论（DMFT）及其与第一性原理计算的结合（DFT+DMFT）进行了系统的阐述。这包括对DMFT求解器的深入分析，例如量子蒙特卡洛（QMC）方法、精确对易子空间（ERS）和核重构算法。我们详细分析了如何将DMFT应用于理解材料的金属-绝缘体相变、电荷密度波（CDW）的形成以及莫特绝缘体的电子行为。 此外，我们还涵盖了更先进的、用于处理高度激发态和瞬态现象的理论工具。这包括贝特-萨德波夫（Bethe-Salpeter Equation, BSE）在计算光学性质和激子效应中的应用，以及时间依赖性密度泛函理论（TD-DFT）在模拟光催化和光电子过程中的最新进展。对于半导体和分子体系，我们探讨了GW近似在精确计算电子激发能和能带结构方面的优势。 第二部分：新型功能材料的电子结构解析 本部分将理论工具应用于具体的材料体系，展示如何利用先进的计算来揭示新型功能材料的独特物理性质。 2.1 拓扑材料的电子拓扑与边缘态 我们投入了大量的篇幅研究拓扑材料，包括拓扑绝缘体、拓扑半金属和拓扑超导体。书中详细解释了布洛赫能带的拓扑不变量（如Chern数、$Z_2$不变量）的计算方法，并展示了如何通过对称性保护机制来预测和区分不同的拓扑相。我们深入分析了狄拉克点和外尔点在材料中的精确位置及其对输运性质的影响。例如，我们展示了如何通过计算动量空间中的贝里曲率来解释霍尔效应的异常。此外，对于拓扑材料中的表面态和螺旋边缘态，我们利用规范场理论和边界条件来描述其保护机制和非平庸的输运特性。 2.2 2D材料与范德华异质结 二维（2D）材料，如石墨烯、过渡金属二硫化物（TMDs）及其堆叠形成的范德华（vdW）异质结，因其独特的层间耦合和电子行为而成为研究热点。本书详细分析了vdW校正在精确描述层间作用力、确定层堆叠稳定性和能带排列中的关键作用。我们利用准粒子方法来分析这些体系中的激子束缚能，并探讨了在外加电场或应力作用下，异质结界面电子结构如何发生可调控的变化，这对于开发新型光电器件至关重要。 2.3 铁电体与多铁性材料的计算设计 本章专注于具有电、磁、晶格耦合效应的多铁性材料。我们侧重于描述电极化和磁序的相互作用。书中详细介绍了如何利用极化依赖的密度泛函计算（如使用电极化相关的修正哈密顿量）来精确计算铁电相变温度和自发极化。对于磁性材料，我们探讨了使用Hubbard模型和海森堡模型来处理局域磁矩，并展示了如何将这些模型与第一性原理计算结合，以预测新颖的磁电耦合现象。特别关注了非共面磁结构和反铁电-铁电转变的计算模拟。 第三部分：极端条件下的电子行为与输运模拟 本部分将研究的范围扩展到材料在极端外部条件下的响应，这对于理解材料在实际应用环境中的性能至关重要。 3.1 高压物理与超导电性 本书探讨了在高静水压力下材料的相变和电子结构重构。我们利用高压下的DFT计算来预测新的晶体结构，并关注压力诱导的绝缘体到金属的转变。一个核心主题是高温超导电性。我们详细分析了基于电子-声子耦合的传统BCS理论在高压氢化物（如$H_3S$, $LaH_{10}$）中的成功应用，并展示了如何计算电子-声子耦合常数（$lambda$）以及超导临界温度（$T_c$）。 3.2 电子输运性质的计算模拟 为了全面理解材料的性能，精确计算宏观输运系数是不可或缺的。本部分介绍了基于玻尔兹曼输运方程（BTE）的方法，用于计算热导率、Seebeck系数和电导率。我们阐述了如何将从第一性原理计算得到的电子-声子散射率、晶格振动（声子谱）和费米面信息输入到BTE求解器中，从而获得温度依赖性的输运性能。对于低维和无序体系，我们还讨论了局域化和弱无序对输运特性的影响。 3.3 缺陷工程与界面效应 材料性能的定制化越来越依赖于对微观缺陷和界面的精确控制。我们系统地研究了点缺陷（空位、间隙原子、取代缺陷）和线缺陷（位错）对电子结构、能带边缘和载流子浓度的影响。在界面部分，我们重点关注了异质结界面的电荷转移、能带失配和界面声子散射，这些是设计高效率半导体结和晶体管的关键因素。 全书结构旨在提供一个从基本理论到前沿应用、涵盖复杂多体效应的全面指南，强调计算模型的可靠性、精确性与物理洞察力的结合。

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