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第1章 何谓密度泛函理论 1

1.1 如何使用本书 1

1.2 DFT运行范例 2

1.2.1 通过异质催化合成氨 2

1.2.2 微量杂质引发的金属脆化 4

1.2.3 模拟行星形成时的材料性质 5

1.3 薛定谔方程 7

1.4 密度泛函理论——从波函数到电荷密度 10

1.5 交换关联泛函 14

1.6 量子化学的“旅行者” 15

1.6.1 局域化的和空间扩展的函数 16

1.6.2 波函数方法（Wave-function-based Methods） 18

1.6.3 Hatree-Fock方法 19

1.6.4 Hartree-Fock方法之后（Beyond Hartree-Fock） 23

1.7 DFT不能做哪些事 28

1.8 其他领域中的密度泛函理论 30

1.9 如何使用本书（再谈） 30

参考文献 32

扩展阅读 32

第2章 简单固体的DFT计算 34

2.1 周期性结构、超晶胞和晶格参数 34

2.2 面心立方材料 38

2.3 密排六方材料 40

2.4 晶体结构预测 43

2.5 相变 44

练习 45

扩展阅读 46

附录 计算细节 47

第3章 DFT计算的基本要素 48

3.1 倒易空间和k点 49

3.1.1 平面波和布里渊区 49

3.1.2 k空间中的积分 52

3.1.3 在布里渊区中选择k点 54

3.1.4 金属——k空间的特例 58

3.1.5 k空间的总结 60

3.2 截断能（Energy Cutoffs） 60

3.2.1 赝势 63

3.3 数值优化 64

3.3.1 一维空间中的优化 64

3.3.2 大于一维的优化 69

3.3.3 关于优化我真正需要知道什么 73

3.4 DFT总能计算——一个迭代优化问题 73

3.5 几何优化 75

3.5.1 内部自由度 75

3.5.2 具有约束原子的几何优化 78

3.5.3 优化超晶胞的体积和形状 79

练习 80

参考文献 81

扩展阅读 81

附录 计算细节 82

第4章 固体表面的DFT计算 83

4.1 表面的重要性 83

4.2 周期性边界条件和板块模型 84

4.3 选定表面计算的k点 87

4.4 采用Miller指数对表面分类 88

4.5 表面弛豫 95

4.6 表面能的计算 97

4.7 对称和非对称的板块模型 99

4.8 表面重构 100

4.9 表面上的吸附质 105

4.9.1 吸附能的精度 108

4.10 表面覆盖效应 108

练习 111

参考文献 112

扩展阅读 112

附录 计算细节 113

第5章 振动频率的计算 115

5.1 隔离态分子 116

5.2 原子集合的振动 119

5.3 表面上的分子 123

5.4 零点能 124

5.5 声子和非定域化振型 130

练习 131

参考文献 131

扩展阅读 131

附录 计算细节 132

第6章 使用过渡态理论计算化学过程速率 134

6.1 一维的例子 135

6.2 多维过渡态理论 142

6.3 寻找过渡态 145

6.3.1 弹性带方法 147

6.3.2 微动弹性带方法 149

6.3.3 初始化NEB计算 150

6.4 寻找正确的过渡态 153

6.5 将单个速率组合为总动力学 156

6.6 量子效应及其他复杂问题 160

6.6.1 高温／低能垒 161

6.6.2 量子隧穿 161

6.6.3 零点能 162

练习 163

参考文献 164

扩展阅读 164

附录 计算细节 165

第7章 基于Ab Initio热力学的平衡相图 167

7.1 体相金属氧化物的稳定性 168

7.1.1 含有无序化的例子——位形熵 173

7.2 金属和金属氧化物表面的稳定性 176

7.3 多元化学势和偶联化学反应 178

练习 179

参考文献 180

扩展阅读 180

附录 计算细节 181

第8章 电子结构和磁特性 182

8.1 电子态密度 182

8.2 局域态密度和原子电荷 189

8.3 磁性 191

练习 194

扩展阅读 195

附录 计算细节 195

第9章 从头算分子动力学 197

9.1 经典分子动力学 197

9.1.1 恒定能量的分子动力学 197

9.1.2 正则系综的分子动力学 200

9.1.3 分子动力学的实际应用方面 201

9.2 从头算分子动力学 202

9.3 从头算分子动力学的应用 205

9.3.1 考察结构复杂材料：液体和非晶相 205

9.3.2 考察复杂能量表面 208

练习 211

参考文献 211

扩展阅读 211

附录 计算细节 212

第10章 精确度及“标准”计算以外的其他方法 213

10.1 DFT计算有多精确？ 213

10.2 选择一个泛函 219

10.3 物理精度的例子 224

10.3.1 分子体系的基准计算——能量和几何构型 224

10.3.2 分子体系的基准计算——振动频率 226

10.3.3 晶体结构和内聚能 226

10.3.4 吸附能和成键强度 228

10.4 改善电子关联效应处理方式的DFT+X方法 229

10.4.1 色散相互作用和DFT+D 230

10.4.2 自作用误差、强关联电子体系和DFT+U 232

10.5 线性比例方法的更大尺寸体系和经典力场 234

10.6 结论 235

参考文献 236

扩展阅读 237