具体描述
Targeted at a broad audience ranging from chemists and biochemists to physicists and engineers, Molecular Devices and Machines: Concepts and Perspectives for the Nanoworld covers advanced research while being written in an easily understandable language accessible to any interested researcher or graduate student. Following an introduction to the general concepts, the authors go on to discuss devices for processing electrons and electronic energy, memories, logic gates and related systems, and, finally, molecular-scale machines.
现代量子化学计算方法：从基础理论到前沿应用 第一章：量子化学的基石 1.1 薛定谔方程的求解 本章将深入探讨量子化学计算的核心——时间无关和时间相关的薛定谔方程。我们将详细阐述求解这些方程所依赖的各种近似方法，重点关注定态计算中如何处理多电子体系的复杂性。内容将涵盖从最基础的变分法到更精细的耦合簇理论的数学框架。 1.2 波函数理论与密度泛函理论的比较 本节将对波函数理论（如Hartree-Fock方法及其后继的微扰理论）和密度泛函理论（DFT）进行详尽的对比分析。我们将剖析它们在处理电子关联方面的理论差异，讨论各自的优势与局限性，并介绍主流的HF方法、MP2、CCSD(T)等方法的具体算法细节。 1.3 电子结构与几何优化 本章的后半部分聚焦于如何利用计算得到的电子结构信息来预测分子的几何构型。我们将详细介绍能量梯度和Hessian矩阵的计算方法，以及如何应用这些信息进行几何优化和振动分析。特别地，我们将讨论不同优化算法（如牛顿法、拟牛顿法）在实际应用中的收敛特性。 第二章：基础计算方法详解 2.1 Hartree-Fock (HF) 方法 本章详细阐述HF方法的建立过程，包括LCAO近似、轨道构建、Fock矩阵的迭代求解以及收敛判据。我们将用清晰的数学推导来解释自洽场（SCF）过程的每一步，并探讨基组选择对HF结果准确性的影响。 2.2 电子关联的引入：微扰理论 本节重点介绍如何通过后HF方法引入电子关联效应。我们将详细讲解Møller-Plesset微扰理论（MP2、MP3、MP4）的理论基础，并分析其在计算反应能垒和分子间作用力方面的表现。 2.3 耦合簇（CC）理论 耦合簇方法被认为是当前最精确的量子化学方法之一。本章将深入探讨指数算符的定义，以及CCSD和CCSD(T)的精确数学形式。我们将讨论截断策略的合理性，并分析在何种体系中采用CC方法是必要的。 2.4 密度泛函理论（DFT）的原理与实践 本章是关于DFT的全面指南。我们将从 Hohenberg-Kohn 定理出发，系统介绍 Kohn-Sham 方程的构建。重点将放在交换-关联泛函的演变：从LDA、GGAs（如PBE、BLYP）到混合泛函（如B3LYP）和双杂化泛函。同时，也将讨论色散校正（如DFT-D3）在描述弱相互作用中的重要性。 第三章：激发态与动力学模拟 3.1 激发态计算：TD-DFT 与 EOM-CC 本章专注于如何计算电子激发态。我们将详细介绍时间依赖性DFT（TD-DFT）在线性和非线性光学性质预测中的应用，并讨论其局限性。随后，我们将深入讲解激发态耦合簇（EOM-CC）理论，作为评估高精度激发态参数的黄金标准。 3.2 分子动力学模拟基础 分子动力学（MD）模拟是研究系统随时间演化的有力工具。本章将介绍牛顿运动方程的积分算法（如Verlet算法），并探讨如何将量子化学（QM）与分子力学（MM）结合，形成QM/MM混合模拟方法，以处理包含活性位点的复杂体系。 3.3 反应路径搜索与过渡态确定 本节侧重于化学反应机理的研究。我们将阐述如何利用梯度信息搜索势能面上的鞍点（过渡态），并介绍寻找过渡态的经典算法，如同步环迭代法（Synchronous Transit）和拟牛顿方法。同时，也将讨论如何利用振动分析确认鞍点的性质。 第四章：高级应用与新兴方法 4.1 周期性体系与固体计算 本章将探讨如何将上述方法扩展到周期性边界条件下的体系，即计算晶体结构、能带结构和电子密度分布。我们将讨论平面波基组、K点采样以及如何应用DFT计算材料的带隙和晶格常数。 4.2 溶剂效应模型 在模拟溶液中的化学过程时，必须考虑溶剂环境的影响。本节将详细介绍处理溶剂效应的各种模型，从隐式模型（如PCM、CPCM）到显式溶剂化模型，并分析它们在计算溶解能和反应活化能中的精度差异。 4.3 电子结构中的相对论效应 对于重元素体系，相对论效应不可忽略。本章将介绍如何通过引入相对论哈密顿量（如无标量相对论的X2C和全相对论的4-分量方法）来修正电子结构计算，从而准确预测重原子的化学性质和光谱特征。 4.4 高精度势能面构建与机器学习势能 本章展望了计算化学的前沿方向。我们将讨论如何系统地生成高精度的势能面数据点，并介绍利用机器学习（如神经网络或高斯过程回归）来拟合这些数据，从而构建快速、准确的势能函数，用于长时间尺度的动力学模拟。 结论 本书旨在为读者提供一个从第一性原理到高级应用的全景视角，强调理论的严谨性与实际计算的可操作性。通过对每种方法的深入剖析，读者将能够根据具体研究问题的需求，审慎选择最合适的计算工具，以期获得可靠和高精度的化学数据。
作者简介
目录信息
读后感
评分
评分
评分
评分
评分
用户评价
评分
评分
评分
评分
评分
相关图书
本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息，本站不存储任何数据与内容，任何内容与数据均与本站无关，如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度，google,bing,sogou 等
© 2026 qciss.net All Rights Reserved. 小哈图书下载中心 版权所有