《低維體系的計算材料學》是2019年01月01日科學出版社出版的圖書，作者是鄒小龍。
基本介紹
- 書名：低維體系的計算材料學
- 作者：鄒小龍
- ISBN：9787030585233
- 頁數：440
- 定價：168.00元
- 出版社：科學出版社
- 出版時間：2019年01月01日
- 裝幀：圓脊精裝
- 開本：16
內容簡介,圖書目錄,
內容簡介
本書為“低維材料與器件叢書”之一。由於低維材料的特殊性，其在量子和統計行為上都有別於三維的塊體材料，對其深入理解需藉助基於量子力學的第一性原理方法。以第一性原理方法在低維材料中的研究為主線，本書涵蓋的內容包括第一性原理計算方法、多種低維材料及其缺陷結構、低維材料的力學、電子學和光電子學、磁學和熱輸運性質、其他新奇低維材料（包括鐵電、鐵彈、壓電、超導和拓撲絕緣體材料）、新型低維材料預測、幾種典型低維材料的生長機制及計算材料學在低維材料套用中的作用。
圖書目錄
目錄
總序
前言
第1章 第一性原理計算方法 1
1.1 物質結構和性質的物理描述 1
1.1.1 絕熱近似 2
1.1.2 經典核近似 2
1.2 多電子系統的量子多體理論 3
1.3 密度泛函理論 4
1.3.1 Hohenberg-Kohn理論 5
1.3.2 Kohn-Sham方程 5
1.4 交換關聯泛函 6
1.4.1 局域密度近似 7
1.4.2 廣義梯度近似 8
1.4.3 meta-GGA泛函 9
1.4.4 雜化泛函 9
1.4.5 隨機相近似 10
1.5 自洽場方法 10
1.6 求解Kohn-Sham方程的方法 11
1.7 GW近似和Bethe-Salpeter方程 11
1.7.1 格林函式與自能 11
1.7.2 Hedin方程 12
1.7.3 GW近似 13
1.7.4 Bethe-Salpeter方程 13
參考文獻 14
第2章 多種低維材料及其缺陷結構 17
2.1 多種低維材料的基本結構 17
2.1.1 合金 18
2.1.2 結構相變 18
2.2 點缺陷 27
2.3 邊界與界面 35
2.3.1 石墨烯、六方氮化硼及其界面內異質結 35
2.3.2 過渡金屬硫族化合物的邊界及相界面 37
2.4 拓撲缺陷 41
參考文獻 48
第3章 低維材料的力學性質 51
3.1 多種低維材料本徵力學性質 51
3.1.1 石墨烯 51
3.1.2 二維過渡金屬硫族化合物 57
3.1.3 單層黑磷 59
3.1.4 拉脹（負泊松比）材料 61
3.1.5 石墨烯斷裂行為 69
3.2 位錯與晶界對低維材料力學性質的影響 72
3.2.1 碳納米管 72
3.2.2 石墨烯 78
3.2.3 二維過渡金屬硫族化合物 89
參考文獻 91
第4章 低維材料的電子學和光電子學性質 93
4.1 多種低維材料的基本電子結構 93
4.1.1 石墨烯的基本電子結構 93
4.1.2 過渡金屬硫族化合物的基本電子結構 99
4.1.3 單層黑磷的基本電子結構 103
4.1.4 其他二維材料的電子結構 111
4.2 低維材料的光電子學性質 114
4.2.1 多種二維材料的光電子學性質 115
4.2.2 激子效應 117
4.2.3 光電子學性質的調製 131
4.3 各種缺陷對低維材料電子學和光電子學性質的影響 135
4.3.1 點缺陷 135
4.3.2 位錯與晶界 140
4.4 異質結對光電子學性質的調控 155
4.4.1 能帶對齊與異質結種類 155
4.4.2 縱向異質結 158
4.4.3 橫向異質結 161
參考文獻 163
第5章 低維材料的磁學性質 169
5.1 磁學性質的基本概念 169
5.2 石墨烯中的磁性 170
5.2.1 邊緣效應 170
5.2.2 缺陷 178
5.3 二硫化鉬中的磁性 189
5.3.1 邊緣效應 189
5.3.2 缺陷 193
5.4 其他低維材料中的磁性 196
5.4.1 缺陷引入的磁性 196
5.4.2 具有固有磁性的二維材料 199
5.4.3 載流子摻雜 205
參考文獻 209
第6章 低維材料熱輸運性質 211
6.1 熱輸運基本概念 211
6.2 熱導率的計算方法 212
6.2.1 Green-Kubo線性回響理論 212
6.2.2 直接法 216
6.2.3 聲子玻爾茲曼輸運方程 220
6.2.4 Landauer-非平衡格林函式法 224
6.3 結構、缺陷等對熱輸運性質的調控 229
6.4 低維材料熱輸運套用——熱整流 251
參考文獻 254
第7章 其他新奇低維材料 259
7.1 低維鐵電材料 259
7.1.1 鐵電極性與相轉變 260
7.1.2 居里溫度與相變 264
7.1.3 鐵電疇壁 267
7.1.4 其他低維鐵電材料 268
7.2 低維鐵彈材料 271
7.3 低維壓電材料 273
7.4 二維鐵電、鐵彈和壓電材料的套用 276
7.5 低維超導材料 278
7.6 低維拓撲絕緣體材料 285
參考文獻 296
第8章 新型低維材料預測 300
8.1 新結構的預測方法 300
8.2 新型低維材料及其缺陷結構與性質的預測 305
8.2.1 硼烯的結構預測及其實驗發現 305
8.2.2 其他重要二維材料的預測 310
8.3 材料逆向設計 324
8.3.1 具有特定電子結構的材料 324
8.3.2 超硬材料 325
8.4 高通量數據挖掘 328
8.4.1 二維材料篩選 328
8.4.2 催化劑篩選 331
參考文獻 336
第9章 幾種典型低維材料的生長機制 340
9.1 碳納米管的生長機制 340
9.1.1 螺旋位錯理論 340
9.1.2 碳納米管手性生長理論模擬 342
9.1.3 碳納米管生長中的缺陷 349
9.2 石墨烯的生長機制 351
9.2.1 密度泛函研究 351
9.2.2 相場模擬 371
9.2.3 石墨烯納米帶/片的製備 372
9.3 二維氮化硼及過渡金屬硫族化合物的生長機制 376
9.4 硼烯和磷烯的生長機制 382
參考文獻 383
第10章 計算材料學在低維材料套用中的作用 386
10.1 儲能套用 386
10.2 催化套用 394
10.2.1 產氫反應 394
10.2.2 氧還原反應 412
10.2.3 二氧化碳還原反應 416
10.2.4 光電催化反應 422
10.3 熱電套用 426
參考文獻 431
關鍵字索引 436
總序
前言
第1章 第一性原理計算方法 1
1.1 物質結構和性質的物理描述 1
1.1.1 絕熱近似 2
1.1.2 經典核近似 2
1.2 多電子系統的量子多體理論 3
1.3 密度泛函理論 4
1.3.1 Hohenberg-Kohn理論 5
1.3.2 Kohn-Sham方程 5
1.4 交換關聯泛函 6
1.4.1 局域密度近似 7
1.4.2 廣義梯度近似 8
1.4.3 meta-GGA泛函 9
1.4.4 雜化泛函 9
1.4.5 隨機相近似 10
1.5 自洽場方法 10
1.6 求解Kohn-Sham方程的方法 11
1.7 GW近似和Bethe-Salpeter方程 11
1.7.1 格林函式與自能 11
1.7.2 Hedin方程 12
1.7.3 GW近似 13
1.7.4 Bethe-Salpeter方程 13
參考文獻 14
第2章 多種低維材料及其缺陷結構 17
2.1 多種低維材料的基本結構 17
2.1.1 合金 18
2.1.2 結構相變 18
2.2 點缺陷 27
2.3 邊界與界面 35
2.3.1 石墨烯、六方氮化硼及其界面內異質結 35
2.3.2 過渡金屬硫族化合物的邊界及相界面 37
2.4 拓撲缺陷 41
參考文獻 48
第3章 低維材料的力學性質 51
3.1 多種低維材料本徵力學性質 51
3.1.1 石墨烯 51
3.1.2 二維過渡金屬硫族化合物 57
3.1.3 單層黑磷 59
3.1.4 拉脹（負泊松比）材料 61
3.1.5 石墨烯斷裂行為 69
3.2 位錯與晶界對低維材料力學性質的影響 72
3.2.1 碳納米管 72
3.2.2 石墨烯 78
3.2.3 二維過渡金屬硫族化合物 89
參考文獻 91
第4章 低維材料的電子學和光電子學性質 93
4.1 多種低維材料的基本電子結構 93
4.1.1 石墨烯的基本電子結構 93
4.1.2 過渡金屬硫族化合物的基本電子結構 99
4.1.3 單層黑磷的基本電子結構 103
4.1.4 其他二維材料的電子結構 111
4.2 低維材料的光電子學性質 114
4.2.1 多種二維材料的光電子學性質 115
4.2.2 激子效應 117
4.2.3 光電子學性質的調製 131
4.3 各種缺陷對低維材料電子學和光電子學性質的影響 135
4.3.1 點缺陷 135
4.3.2 位錯與晶界 140
4.4 異質結對光電子學性質的調控 155
4.4.1 能帶對齊與異質結種類 155
4.4.2 縱向異質結 158
4.4.3 橫向異質結 161
參考文獻 163
第5章 低維材料的磁學性質 169
5.1 磁學性質的基本概念 169
5.2 石墨烯中的磁性 170
5.2.1 邊緣效應 170
5.2.2 缺陷 178
5.3 二硫化鉬中的磁性 189
5.3.1 邊緣效應 189
5.3.2 缺陷 193
5.4 其他低維材料中的磁性 196
5.4.1 缺陷引入的磁性 196
5.4.2 具有固有磁性的二維材料 199
5.4.3 載流子摻雜 205
參考文獻 209
第6章 低維材料熱輸運性質 211
6.1 熱輸運基本概念 211
6.2 熱導率的計算方法 212
6.2.1 Green-Kubo線性回響理論 212
6.2.2 直接法 216
6.2.3 聲子玻爾茲曼輸運方程 220
6.2.4 Landauer-非平衡格林函式法 224
6.3 結構、缺陷等對熱輸運性質的調控 229
6.4 低維材料熱輸運套用——熱整流 251
參考文獻 254
第7章 其他新奇低維材料 259
7.1 低維鐵電材料 259
7.1.1 鐵電極性與相轉變 260
7.1.2 居里溫度與相變 264
7.1.3 鐵電疇壁 267
7.1.4 其他低維鐵電材料 268
7.2 低維鐵彈材料 271
7.3 低維壓電材料 273
7.4 二維鐵電、鐵彈和壓電材料的套用 276
7.5 低維超導材料 278
7.6 低維拓撲絕緣體材料 285
參考文獻 296
第8章 新型低維材料預測 300
8.1 新結構的預測方法 300
8.2 新型低維材料及其缺陷結構與性質的預測 305
8.2.1 硼烯的結構預測及其實驗發現 305
8.2.2 其他重要二維材料的預測 310
8.3 材料逆向設計 324
8.3.1 具有特定電子結構的材料 324
8.3.2 超硬材料 325
8.4 高通量數據挖掘 328
8.4.1 二維材料篩選 328
8.4.2 催化劑篩選 331
參考文獻 336
第9章 幾種典型低維材料的生長機制 340
9.1 碳納米管的生長機制 340
9.1.1 螺旋位錯理論 340
9.1.2 碳納米管手性生長理論模擬 342
9.1.3 碳納米管生長中的缺陷 349
9.2 石墨烯的生長機制 351
9.2.1 密度泛函研究 351
9.2.2 相場模擬 371
9.2.3 石墨烯納米帶/片的製備 372
9.3 二維氮化硼及過渡金屬硫族化合物的生長機制 376
9.4 硼烯和磷烯的生長機制 382
參考文獻 383
第10章 計算材料學在低維材料套用中的作用 386
10.1 儲能套用 386
10.2 催化套用 394
10.2.1 產氫反應 394
10.2.2 氧還原反應 412
10.2.3 二氧化碳還原反應 416
10.2.4 光電催化反應 422
10.3 熱電套用 426
參考文獻 431
關鍵字索引 436
