Quantum Mechanical Electronic Structure Calculations with Chemical Accuracy pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Langhoff, Stephen R. 编

出品人:

页数:402

译者:

出版时间:1995-2

价格:$ 111.87

装帧:

isbn号码:9780792332640

丛书系列:

图书标签:

量子化学
电子结构
从头算
密度泛函理论
量子蒙特卡洛
化学精度
计算化学
分子模拟
薛定谔方程
电子关联

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具体描述

The principal focus of this volume is to illustrate the level of accuracy currently achievable by "ab initio" quantum chemical calculations. While new developments in theory are discussed to some extent, the major emphasis is on a comparison of calculated properties with experiments. This focus is similar to the one taken in the book, "Comparison of Ab Initio Quantum Chemistry with Experiment for Small Molecules", edited by Rodney Bartlett (Reidel, 1984). However, the phenomenal improvement in both theoretical methods and computer architecture have made it possible to obtain accurate results for rather large molecular systems. For example, the electronic spectra of the nucleic acid base monomer structures shown on the front cover have been obtained using a fully correlated "ab initio" study. This text is intended for researchers, teachers and students in chemistry and physics.

书名：《固态物理中的前沿计算方法：从第一性原理到机器学习的应用》内容提要本书深入探讨了现代凝聚态物理和材料科学领域中计算方法的发展与应用。全书围绕如何精确、高效地模拟和预测复杂材料的电子结构、晶格动力学以及宏观性质展开，旨在为研究人员和高年级学生提供一个全面且与时俱进的技术路线图。本书的叙述重点在于那些超越传统密度泛函理论（DFT）范畴，以及那些结合了先进理论框架与新兴计算范式的技术。第一部分：超越标准DFT的电子结构理论本部分着重于解决标准局域密度近似（LDA）和广义梯度近似（GGA）在描述强关联系统、电子激发态以及长程范德华相互作用时的固有局限性。第一章：高精度电子相关能的计算本章详细阐述了求解电子-电子相互作用的进阶技术。我们首先回顾了后-哈特里-福克（Post-HF）方法在线性组合原子轨道（LCAO）基组下的实现，特别是Møller-Plesset微扰理论（MP2）在处理中等规模体系中的成本效益分析。随后，重点介绍了耦合簇（Coupled Cluster, CC）理论，特别是其限制性和非限制性变体（CCSD, CCSD(T)），并讨论了如何利用截断展开来降低高阶修正的计算复杂度，以期在有限的计算资源下获得接近“化学精度”的结果。第二章：多体微扰理论与动态电子性质本章聚焦于描述电子离去和加入过程的理论，这是理解光谱学特征（如XPS、UPS）的关键。详细讲解了GW近似的原理和实际操作，包括其在计算准粒子能带结构方面的优势。同时，引入了贝特-萨尔皮特（Bethe-Salpeter Equation, BSE），阐明了如何通过求解BSE来准确计算光学吸收光谱和激子束缚能，这对半导体和分子材料的光电性能预测至关重要。第三章：强关联系统的有效哈密顿量构造对于具有局域$d$或$f$电子的过渡金属氧化物和稀土化合物，电子间的强关联效应不容忽视。本章讨论了如何通过Hubbard模型或Slater-Kanamori（SK）模型来描述这些系统。重点介绍了如何利用DMFT（Dynamical Mean Field Theory，动力学平均场理论）将晶格问题映射到单个局域格点问题，并讨论了如何结合第一性原理计算来确定有效的Hubbard参数$U$和$J$，从而实现对莫特绝缘体和高$T_c$超导体的初步探索。第二部分：原子与晶格动力学的高效计算本部分关注原子排列、振动模式以及热力学性质的计算，着重于降低计算成本同时保持对力的精确评估。第四章：有限位移法与密度泛函微扰理论本章系统梳理了计算晶格振动（声子）谱的方法。首先回顾了通过有限差分法计算力常数矩阵的流程及其对计算精度的依赖性。随后，详细介绍了密度泛函微扰理论（DFPT），阐述了它如何利用线性响应理论来计算电子结构对原子位移的响应，从而高效地获得精确的声子色散关系、电子-声子耦合（$lambda$因子）以及零点能校正。第五章：非谐振效应与温度依赖性模拟为了描述真实温度下的材料行为，必须考虑晶格振动的非谐振性。本章介绍了准谐近似（Quasi-Harmonic Approximation, QHA）在计算热膨胀和温度依赖的弹性常数方面的应用。更进一步，探讨了分子动力学（MD）模拟在捕捉长程时空关联和非谐振行为中的核心地位。重点分析了如何利用DFPT计算得到的力场参数来构建AIMD（Ab Initio Molecular Dynamics）模拟，以及如何利用统计力学方法从MD轨迹中提取热力学量。第三部分：新兴计算范式与大数据驱动的材料发现本部分展望了计算物理学界面临的挑战，并介绍了机器学习和高通量计算如何革新材料设计流程。第六章：机器学习在材料模拟中的应用随着计算成本的增加，寻找能够替代昂贵的第一性原理计算的代理模型变得至关重要。本章系统介绍了如何使用机器学习势能面（ML Potentials）来加速分子动力学模拟。详细讨论了几种流行的描述符（如原子环境向量，SOAP）的构建方法，以及用于训练这些势能面的高斯过程回归（GPR）和神经网络（NN）方法的结构。强调了如何确保ML势能在化学空间中的泛化能力。第七章：高通量计算平台与材料数据库的构建本章探讨了如何系统化地组织和分析大规模计算结果，以促进材料发现。介绍了材料工程学计算平台（如AFLOW, Materials Project）的设计理念和数据结构。阐述了如何利用自动化工作流，结合轻量级的计算方法（如准简化的DFT）来快速筛选具有特定性质（如催化活性、带隙范围）的候选材料，并讨论了数据标准化和验证流程对于确保数据库可靠性的重要性。结论本书在总结当前计算物理学前沿进展的同时，也指出了未来研究方向，特别是如何将多尺度建模与更高精度的电子结构理论更紧密地耦合，以应对更复杂的人工智能辅助材料设计需求。本书的读者将能够掌握从微观电子关联到宏观热力学性质的全方位计算工具箱。