先进材料的计算与设计

现代材料研究中，计算材料学已经成为与实验同等重要的研究手段。材料计算与设计对改变传统材料研发模式至关重要，在降低材料研发成本、缩短材料研发周期、揭示特别条件下材料行为等方面具有不可或缺的重要作用。
本书基于作者的长期科研与教学实践，以相变/阻变存储材料、二维过渡金属碳化物、异质结等材料体系为实例，详细介绍了第一性原理计算在理解材料行为、预测材料性质和设计新材料等方面所发挥的重要作用。本书共8章，涵盖了计算材料学的基本理论和新材料预测及性质计算的多种方法，包括总能与晶体结构预测、点缺陷研究、材料中的扩散问题、非晶与第一性原理分子动力学、材料中的输运问题、材料中新奇量子性质的计算与调控、范德瓦耳斯异质结与界面光电子性质、新型光电子材料设计等。

序
前言
第1章第一性原理计算中的总能1
1.1系统总能与薛定谔方程1
1.2密度泛函理论3
1.3密度泛函理论的总能计算6
1.4系统总能计算与结构预测范例8
第2章晶体结构中的点缺陷34
2.1点缺陷形成能计算34
2.2硫族化合物半导体中的点缺陷35
2.3氧空位与阻变存储材料44
2.4二维过渡金属碳化物中的金属空位59
2.5氧对相变存储材料GeTe性能调控的微观机制68
2.6钇掺杂碲化锑71
第3章材料中的扩散85
3.1扩散的计算方法85
3.2阻变存储材料中的点缺陷扩散行为86
3.3氢和氧在面心立方钴中的吸附与扩散108
3.4Mo2C MXene电极材料上锂离子的吸附和扩散117
第4章非晶与第一性原理分子动力学123
4.1经典分子动力学与第一性原理分子动力学123
4.2第一性原理分子动力学基本理论方法125
4.3非晶结构的表征方法139
4.4硫族化合物的非晶结构及快速可逆相变142
4.5压力诱导的可逆相变156
4.6掺杂元素对相变存储材料的非晶结构的影响169
4.7非晶Sb2Te3晶化的微观机理177
第5章材料中的热输运问题186
5.1固体热导率186
5.2钇掺杂碲化锑的电子热导率和晶格热导率197
5.3高热电性能的Sb2Te3纳米薄膜203
5.4Bi掺杂对Sb2Te3单层纳米薄膜热电性质的影响210
5.5应变协同调制Sb2Te3纳米薄膜的热电优值224
5.6MXene的热输运性质及其调控233
5.7电子声子散射对晶格热导率的影响241
第6章材料中新奇量子性质的计算与调控248
6.1相互作用电子的基本理论248
6.2二维晶体Cr2C的半金属铁磁性255
6.3As2S3(As2Se3)二维半导体261
6.4硫族化合物半导体的拓扑绝缘行为267
6.5MXene的量子自旋霍尔相292
第7章范德瓦耳斯异质结309
7.1二维半导体与电极异质结的接触性质309
7.2GaSe/石墨烯异质结的肖特基势垒310
7.3MXene的金属特性与功函数317
7.4MXene/过渡金属硫族化合物范德瓦耳斯异质结323
7.5MXene/蓝磷范德瓦耳斯异质结界面339
7.6MXene/蓝磷范德瓦耳斯异质结的TypeⅠ与TypeⅡ转换348
7.7TypeⅡ型MoS2/AlN(GaN)半导体范德瓦耳斯异质结354
第8章新型光电子材料设计363
8.1单层三磷化铟363
8.2二维半导体CrOX375
8.3MXene水分解光催化剂383
8.4二维过渡金属硼化物391
8.5Ti2CO2表面负载Cu单原子催化剂397