计算材料学：从算法原理到代码实现

图书标准信息

• 作者 单斌
• 出版社 华中科技大学出版社
• 出版时间 2023-11
• 版次 1
• ISBN 9787577200446
• 定价 168.00元
• 装帧 其他
• 开本 16开
• 页数 576页
• 字数 898千字

【内容简介】

本书主要介绍计算材料学中比较常用的微观尺度模拟方法的基本理论，深入讨论各种模拟方法的数值化实现、数值算法的收敛性及稳定性等，综述近年来计算材料学国内外近期新研究成果。

本书共八章。第1章介绍必要的数学基础，包括线性代数、插值与拟合、优化算法、数值积分及群论等方面内容。第2章介绍量子力学、晶体点群及固体理论基础。第3章介绍第一性原理，主要包括Hartree-Fock方法和密度泛函理论，同时详细讨论了如何利用平面波赝势方法求解体系总能和本征波函数，并简要介绍了近年来发展比较迅速的准粒子近似和激发态算法。第4章介绍VASP计算模拟实例，包括VASP程序、小分子气体能量计算等内容。第5章介绍紧束缚方法，重点推导了Slater-Koster双中心近似下哈密顿矩阵元的普遍表达式、原子受力的计算方法，以及紧束缚模型自洽化的方法。第6章介绍分子动力学方法，包括原子经验势的种类、微正则系综下分子动力学的实现算法，同时详细讨论了微正则系综向正则系综的变换，以及近年来发展起来的第一性原理分子动力学的理论基础。第7章介绍LAMMPS分子动力学实例，包括LAMMPS程序、惰性气体的扩散运动与平衡速率分布等内容。第8章介绍蒙特卡罗方法，包括随机数采样策略及不同系综下的蒙特卡罗算法， 以及连接微观与宏观现象的动力学蒙特卡罗方法。附录对正文中涉及的若干数学算法进行了详细讨论。

本书可作为材料专业、物理专业、化学专业及相关专业高年级本科生及研究生的教材或高校教师的参考书，也可作为从事计算材料学研究的科技工作者的参考资料。

【作者简介】

单斌，华中科技大学材料科学与工程学院教授、博士生导师，兼任中国科学院宁波材料所客座研究员。教育部新世纪优秀人才支持计划获得者，湖北省特聘教授，湖北省杰出青年基金获得者，中国稀土学会催化专业委员会委员。主要研究方向是计算材料学、优选催化与原子层沉积的跨尺度模拟，以及人工智能在材料中的应用。主持和参与了包括国家自然科学基金重点项目、面上项目、国家重大科学研究计划项目、湖北省杰出青年基金项目在内的多项重量及省部级项目。在Science、Nature Communication、Angewandte Chemie International Edition、Physical Review Letters等国际权威杂志上发表论文150余篇，他引超过8000余次；获发明专利授权40余项；荣获日内瓦国际发明展特别金奖、湖北省技术发明奖一等奖、中国稀土学会科学技术奖二等奖、湖北省专利奖银奖等奖项。陈征征， 2006年清华大学物理系毕业，获理学博士学位。曾任美国加利福尼亚州立大学北岭分校物理系助理研究员，现任教育机构ScholarOne董事长。主要研究方向为基于第一性原理计算的难熔金属辐照损伤模拟、新型催化剂设计以及表面催化的微观动力学模拟。已于Physical Review Letters、ACS Nano、Chemical Science等相关领域很好杂志上发表论文30篇。担任Physical Review Letters、PHYSICAL REVIEW B以及Journal of Physical Chemistry等杂志的特约审稿人。陈蓉，华中科技大学机械科学与工程学院教授、博士生导师，华中科技大学柔性电子研究中心副主任。重量创新领军人才、国家海外高层次青年人才、中国工程院-中国工程前沿杰出青年学者等。主要研究方向为原子层沉积原理方法与工艺装备。主持国家重点研发计划颠覆性技术创新项目、国家基金重点项目、973计划青年科学家专题项目等多项微电子与新能源相关项目，在Nature Communication、Advanced Materials、Angewandte Chemie International Edition、Small、Engineering、Science Bulletin等国内外期刊上发表SCI论文170余篇，主编/撰写中英文出版物4部，获专利授权100余项（含10余项国际专利）。荣获科学探索奖、中国青年科技奖、中国科协求是杰出青年成果转化奖、中国侨界(创新人才)贡献奖，并获湖北省技术发明奖一等奖、湖北省专利奖、全国颠覆性技术创新大赛优胜奖，入选中国科学技术学会首批“科创中国”先导技术榜等。在国际上，获得IEEE SMC杰出学术贡献奖、日内瓦发明展特别金奖等。

【目录】

第1章数学基础(1)

1.1矩阵运算(1)

1.1.1行列式(1)

1.1.2矩阵的本征值问题(4)

1.1.3矩阵分解(5)

1.1.4幺正变换(8)

1.2群论基础(10)

1.2.1群的定义(10)

1.2.2子群、陪集、正规子群与商群(10)

1.2.3直积群(11)

1.2.4群的矩阵表示(11)

1.2.5三维转动反演群O(3)(12)

1.3很优化方法(12)

1.3.1最速下降法(13)

1.3.2共轭梯度法(16)

……