本书介绍计算材料学中常见材料计算方法的基本原理和所需的基础知识，包括经典力学基础与晶体结构相关知识、分子动力学基础、量子力学基础、密度泛函理论、量子化学计算基础、能带计算、第一性原理分子动力学模拟、蒙特卡罗方法、相场方法、机器学习及其在材料领域中的应用，共10章内容。本书根据材料类专业学生的知识结构特点，在重点介绍材料计算方法及其原理的基础上，介绍这些方法在材料研究中的应用，以满足材料类专业人员系统学习计算材料学所需相关知识的迫切需求。
本书可用作高等院校材料类研究生和高年级本科生教材，也可用作材料科学与工程领域教学与科研人员的参考书。
第1章 经典力学基础与晶体结构相关知识
1.1 经典力学基本概念
1.2 经典运动力学基础
1.3 统计力学基础
1.4 晶体中的原子坐标
1.5 晶体的倒易空间
1.6 元胞和布里渊区的标准取法
习题
参考文献
第2章 分子动力学基础
2.1 势函数与分子力场
2.2 系综原理
2.3 分子动力学方法工作流程
2.4 分子动力学计算过程
2.5 分子运动方程的数值求解
2.6 分子动力学材料性能分析
习题
参考文献
第3章 量子力学基础
3.1 波函数与薛定谔方程
3.2 算符与力学量
3.3 电子在库仑场中的运动
3.4 自旋与全同粒子
3.5 微扰理论与变分原理
3.6 Dirac符号
习题
参考文献
第4章 密度泛函理论
4.1 波函数方法
4.2 密度泛函理论基础
4.3 基函数
4.4 赝势方法
4.5 交换关联势
习题
参考文献
第5章 量子化学计算基础
5.1 多电子原子的自洽场计算
5.2 分子轨道理论
5.3 分子轨道从头计算法
5.4 量子化学计算的应用
习题
参考文献
第6章 能带计算
6.1 Bloch定理与能带结构
6.2 能带计算方法
6.3 能带计算的过程与晶体物理性质的计算
习题
参考文献
第7章 第一性原理分子动力学模拟
7.1 BOMD和CPMD模拟方法
7.2 平面波基函数
7.3 赝势
7.4 PIMD模拟简述及AIMD模拟举例
习题
参考文献
第8章 蒙特卡罗方法
8.1 蒙特卡罗方法的基本思想
8.2 随机数的产生
8.3 随机变量抽样
8.4 不同系综的蒙特卡罗方法
8.5 蒙特卡罗方法应用举例——硼烯纳米带的Monte Carlo模拟
习题
参考文献
第9章 相场方法
9.1 相场方法基本概述
9.2 序参量
9.3 连续体相场动力学模型
9.4 微观相场动力学模型
9.5 局部自由能函数
9.6 相场方法在材料科学中的应用
习题
参考文献
第10章 机器学习及其在材料领域中的应用
10.1 材料基因组工程与机器学习简介
10.2 机器学习的理论基础
10.3 机器学习与计算材料
10.4 机器学习在材料领域的应用
习题
参考文献
书单推荐
