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第1章 理论材料科学的电子结构方法1

1.1 引言1

1.2 单电子方法2

1.3 量子化学途径和固体物理方法3

1.4 OLCAO方法3

参考文献4

第2章 原子轨道线性组合方法（LCAO）的历史6

2.1 早期固体能带理论6

2.2 LCAO方法的起源7

2.3 在LCAO计算中使用高斯轨道8

2.4 OLCAO方法的起源10

2.5 OLCAO方法的现状和发展趋势11

参考文献11

第3章 OLCAO方法的基本原理与方法15

3.1 原子基函数15

3.2 布洛赫函数和Kohn-Sham方程20

3.3 格位分解势函数22

3.4 高斯变换技巧24

3.5 芯正交化技巧28

3.6 布里渊区积分30

3.7 OLCAO方法的优势31

参考文献33

第4章 基于OLCAO方法计算各种物理性质34

4.1 能带结构和带隙34

4.2 态密度和分态密度35

4.3 有效电荷、键级和局域化指数37

4.4 自旋极化能带结构38

4.5 标量相对论修正和自旋轨道耦合39

4.6 磁学性质43

4.7 线性光学性质和介电函数43

4.8 金属中的电导函数46

4.9 绝缘体的非线性光学性质47

4.10 体性质和构型优化48

参考文献50

第5章 在半导体和绝缘体材料体系中的应用51

5.1 单质和二元化合物半导体51

5.2 二元化合物绝缘体54

5.3 氧化物56

5.3.1 二元氧化物56

5.3.2 三元氧化物60

5.3.3 激光基质晶体65

5.3.4 四元氧化物和其他复杂氧化物67

5.4 氮化物68

5.4.1 二元氮化物68

5.4.2 尖晶石氮化物71

5.4.3 三元和四元的氮化物和氮氧化物73

5.4.4 其他复杂氮化物74

5.5 碳化物75

5.5.1 SiC75

5.5.2 其他碳化物77

5.6 硼和硼的化合物77

5.6.1 单质硼77

5.6.2 B4C79

5.6.3 另外一些硼化合物80

5.6.4 复杂硼化合物的其他形式81

5.7 磷酸盐81

5.7.1 简单的磷酸盐：AlPO481

5.7.2 复杂的磷酸盐：KTP82

5.7.3 磷酸铁锂：LiFePO482

参考文献83

第6章 在晶态金属和合金材料中的应用89

6.1 金属单质和合金89

6.1.1 金属单质89

6.1.2 Fe的硼化物90

6.1.3 Fe的氮化物91

6.1.4 钇铁石榴石93

6.2 永久磁铁94

6.2.1 R2Fe14B晶体95

6.2.2 Nd2Fe14B晶体97

6.2.3 R2Fe17和其他相关相结构99

6.3 高Tc超导体100

6.3.1 YBCO超导体100

6.3.2 其他氧化物超导体103

6.3.3 非氧化物超导体104

6.4 在金属与合金方面的一些最新研究进展106

6.4.1 Mo-Si-B合金106

6.4.2 MAX相108

参考文献111

第7章 在复杂晶体中的应用115

7.1 碳相关体系115

7.1.1 富勒烯（C60）和碱金属掺杂的C60体系115

7.1.2 负曲率石墨型碳结构119

7.2 石墨烯、石墨和碳纳米管121

7.2.1 石墨烯和石墨121

7.2.2 碳纳米管122

7.3 聚合物晶体127

7.4 有机晶体129

7.4.1 有机超导体129

7.4.2 Fe-TCNE132

7.4.3 Herapathite晶体134

7.5 生物陶瓷晶体137

7.5.1 钙磷灰石晶体137

7.5.2 α-和β-磷酸三钙139

参考文献141

第8章 在非晶固态和液态体系中的应用144

8.1 无定形Si和a-SiO2144

8.1.1 无定形Si和氢化a-Si144

8.1.2 无定形SiO2和a-SiOx玻璃145

8.1.3 其他玻璃体系147

8.2 金属玻璃149

8.2.1 CuxZr1-x金属玻璃149

8.2.2 其他金属玻璃150

8.2.3 金属玻璃的输运特性151

8.2.4 金属玻璃最新进展154

8.3 晶间玻璃薄膜155

8.3.1 基底模型156

8.3.2 棱柱模型158

8.3.3 棱柱-基底模型（Yoshiya模型）161

8.4 体相水模型164

8.5 熔融盐模型：NaCl和KCl166

8.6 混凝土模型169

参考文献170

第9章 在掺杂、缺陷和表面体系中的应用173

9.1 孤立空位和取代杂质173

9.1.1 孤立空位173

9.1.2 单掺杂175

9.2 MgAl2O4（尖晶石）中的空位和杂质179

9.2.1 方法179

9.2.2 反位缺陷的影响180

9.2.3 孤立空位缺陷的影响181

9.2.4 Fe取代效应182

9.3 杂质空位复合缺陷184

9.4 晶界模型186

9.4.1 α-Al2O3中的晶界187

9.4.2 钝化缺陷189

9.4.3 SrTiO3中的晶界190

9.5 表面192

9.6 界面196

参考文献197

第10章 在生物分子体系中的应用199

10.1 维生素B12199

10.2 b-DNA模型205

10.3 胶原蛋白模型208

10.4 其他生物分子体系213

参考文献214

第11章 在原子芯能级谱方面的应用215

11.1 超胞OLCAO方法的基本原理215

11.2 选择的范例219

11.2.1 简单晶体219

11.2.2 复杂晶体222

11.2.3 不同局域环境下的Y-K吸收边227

11.2.4 硼和富硼化合物228

11.2.5 晶体中的取代缺陷229

11.2.6 生物分子体系231

11.2.7 在晶界和表面上的应用232

11.2.8 在晶间玻璃薄膜上的应用234

11.2.9 体相水的O-K吸收边的统计描述236

11.3 谱成像（SI）237

11.3.1 介绍237

11.3.2 SI处理238

11.3.3 在硅缺陷模型上的应用239

11.4 超胞OLCAO方法的未来发展241

参考文献242

第12章 OLCAO方法的改进与发展244

12.1 通用性244

12.1.1 OLCAO基组244

12.1.2 OLCAO势和电荷密度的表示246

12.1.3 相对论性OLCAO246

12.1.4 交换关联泛函247

12.1.5 磁性和非共线自旋极化248

12.1.6 组态相互作用248

12.1.7 Hamaker常数250

12.2 效率251

12.2.1 分层存储体系252

12.2.2 模块化253

12.2.3 并行化253

12.3 方便性256

12.3.1 用户界面与控制256

12.3.2 与第三方软件的交互257

12.3.3 数据可视化258

参考文献259

附录A 原子基函数数据库261

附录B 初始原子势函数数据库266

附录C OLCAO程序组执行模型271

C.1 介绍271

C.2 输入生成272

C.3 程序执行286

C.4 结果分析300

附录D 计算统计举例302

索引305