计算材料学——设计实践方法（第2版）

本书适应高校创新实践 教学改革的需要，力争实现 理论教学和实践教学有机结 合，大力推进以学习者为中 心的先进教学理念，培养学 生的团队精神和科学创新精 神，从而构建群体创新人才 培养模式。本书在第1版的 基础上进行了修订，新增了 紧束缚密度泛函方法、电磁 散射控制材料雷达散射截面 计算、机器学习与材料智能 设计以及大量的计算案例等 内容。全书系统地介绍了计 算材料学的发展现状、主要 理论框架和设计实践方法， 结合典型案例阐述设计流程 、建模方法、算法实现、数 值处理技巧及其应用特色。 全书共分11章，包括计算材 料学导论、密度泛函理论基 础、赝势平面波方法（Ⅰ） 、赝势平面波方法（Ⅱ）、 全势线性缀加平面波方法、 紧束缚密度泛函方法、分子 动力学方法、第一性原理分 子动力学方法、蒙特卡罗方 法、宏观尺度计算方法与电 磁散射控制材料设计以及机 器学习与材料智能设计。本 书各章设有实践指南，并配 有习题，以帮助学习者巩固 学习重点。本书还包括多篇 附录。 本书可作为普通高等学 校电子信息类、材料类、物 理类和化学类等专业高年级 本科生相关课程的教材及研 究生的教学参考书，也可作 为从事相关领域研究的科研 工作者的参考书。

第1章 计算材料学导论 1.1 引言 1.1.1 计算物理概述 1.1.2 量子计算化学概述 1.1.3 材料设计理念 1.1.4 计算材料学 1.2 计算材料学的理论体系 1.2.1 计算尺度 1.2.2 基于量子力学第一性原理的电子结构计算 1.2.3 基于统计力学的分子（原子）演化结构计算 1.2.4 基于连续介质力学的本体结构计算 1.2.5 多层次研究对象与计算方法的关系 1.2.6 计算框架和数值处理方法 1.3 计算材料学的研究动态与展望 1.3.1 第一性原理计算方法 1.3.2 分子动力学方法 1.3.3 蒙特卡罗方法 1.3.4 跨尺度计算方法的耦合与集成 1.3.5 先进材料和纳器件的计算与设计 1.3.6 计算材料学的发展趋势 1.4 设计实践方法学 1.4.1 基于专业设计软件的实践方法 1.4.2 基于自编程的实践方法 1.4.3 基于计算方法耦合与集成的实践方法 1.5 习题 第2章 密度泛函理论基础 2.1 引言 2.1.1 密度泛函理论的提出 2.1.2 第一性原理计算方法 2.1.3 第一性原理计算中的近似 2.2 密度泛函理论 2.2.1 Hohenberg-Kohn定理 2.2.2 Kohn-Sham方程 2.2.3 交换关联泛函 2.2.4 自洽计算 2.3 基矢展开与计算方案 2.3.1 基矢展开 2.3.2 计算方案分类 2.3.3 密度泛函计算框架分析 2.4 材料计算与设计实践指南 2.4.1 材料计算的流程 2.4.2 基于密度泛函理论的计算软件包 2.4.3 常用材料数据库介绍 2.4.4 物理性质分析 2.5 习题 第3章 赝势平面波方法（Ⅰ） 3.1 基本原理 3.1.1 平面波展开与截断能 3.1.2 质势 3.1.3 模守恒质势