納米結構與性能的理論計算與模擬（簡體書）

《納米結構與性能的理論計算與模擬》納米科學與技術的核心在於受限尺度所帶來光、電、磁、力學、生物等新效應，體現在電子在納米尺度上的電荷與自旋的量子輸運、光子納米介質中的散射折射或透射、受限在納米尺度的流體的新結構與輸運等方面。納米體系覆蓋金屬、半導體和絕緣體，從無機到有機，包括團簇、低維碳材料（零維的富勒烯、一維的納米管、二維的石墨烯等）、量子點與量子線，以及自組裝結構，還包括在納米尺度上控制性能的光電、磁電、熱電等體相材料。《納米結構與性能的理論計算與模擬》從基本原理到理論計算模擬，對以上內容作了較系統的闡述。．

帥志剛，1983年畢業於中山大學物理系，1989年獲復旦大學理論物理專業博士學位，之後在比利時蒙斯大學從事研究工作。2002年，獲中國科學院“百人計劃”支持，任中國科學院化學研究所研究員。長期從事有機/高分子和碳基材料的光電功能理論研究，包括有機發光過程、電荷傳輸機理、光伏轉換效率和電子關聯與激發態電子結構等理論。共發表論文260余篇，英文專著1部。2004年獲國家傑出青年科學基金資助，並獲“百人計劃”結題優秀成績。2008年至今為清華大學化學系“長江學者”特聘教授。2006年入選“新世紀百千萬人才工程”國家級人選，2008年當選為國際量子分子科學院院士，2009年當選為英國皇家化學會會士，2011年當選為歐洲人文與自然科學院(AcademiaEuropaea)外籍院士，2012年獲中國化學會-阿克蘇諾貝爾化學獎。社會兼職包括：中國化學會常務理事、副秘書長；《化學學報》副主編，Theor.Chem.Acc.、Nanoscale、《中國科學：化學》、《物理化學學報》等期刊編委；北京大學、南京大學等校兼職教授。．

帥志剛、夏鈳等編寫的這本《納米結構與性能的理論計算與模擬》是納米科學與技術系列叢書之一。全書共分9章，內容包括：量子輸運，半導體自組織量子點的微觀贗勢理論，納米光子學常用的數值計算方法，基于石墨烯納米帶的電子器件設計，納米尺度受限水的流動特性及浸潤特性，多鐵性納米結構磁電效應的計算模擬與器件設計，基于理論計算的能帶調控及熱電材料設計，原子團簇的理論模擬，金屬表面分子自組裝的理論研究。
本書適合廣大納米科技工作者閱讀參考，同時也適合廣大實驗工作者參考。

《納米科學與技術》叢書序第1章 量子輸運1.1 引言1.2 電子輸運理論方法簡介1.2.1 Boltzmann 方程1.2.2 線性響應1.2.3 散射（Landauer-B¨uttiker）公式1.2.4 非平衡態格林函數公式1.2.5 含時電子輸運1.3 界面電阻1.3.1 金屬的界面電阻1.3.2 Al/Ag 界面各向異性的成因1.3.3 Al/Ag 的界面無序散射1.3.4 Al/Ag 界面的結構弛豫及其對輸運的影響1.3.5 其他晶格匹配的界面1.3.6 晶格不匹配的界面1.4 非局域自旋閥中的自旋輸運1.4.1 磁電電路理論1.4.2 非局域自旋閥輸運的理論模型1.4.3 非局域角度磁電阻和自旋轉矩1.5 鐵磁/超導界面1.5.1 Andreev 電導的散射公式表示1.5.2鐵磁超導界面的BTK理論與自旋翻轉效應1.5.3 Andreev 電導譜計算實例1.6 隧道結1.6.1Fe/vac/Fe的輸運1.6.2Fe/MgO/Fe的輸運與自旋轉矩效應1.7 總結參考文獻第2章 半導體自組織量子點的微觀贗勢理論2.1 量子點的結構、生長和應用2.1.1 量子點的分類2.1.2 自組織量子點的生長2.1.3 單量子點的獲得及其光譜2.1.4 自組織量子點的應用2.1.5 1982～2010 年自組織量子點研究的主要進展2.2 半導體量子點的微觀贗勢理論2.2.1 晶格弛豫的微觀模型：價鍵模型2.2.2 單粒子能級：經驗贗勢方法2.2.3 多體問題的組態相互作用方法2.3 量子點的單粒子能級和多粒子相圖2.3.1InAs/GaAs和InAs/InP量子點中的應變2.3.2 單粒子的能級和波函數2.3.3 量子點的多粒子相圖2.4 InAs/GaAs和InAs/InP量子點的光學性質2.4.1InAs/GaAs和InAs/InP量子點中的激子能量和偏振性質2.4.2 激子、雙激子和帶電激子的結合能2.4.3 激子、雙激子以及帶電激子的壽命2.4.4 高帶電激子的發光譜2.5 量子點中的精細結構劈裂及控制2.5.1 量子點糾纏光源2.5.2 精細結構劈裂和量子點的對稱性2.5.3InAs/InP和InAs/GaAs量子點中的FSS2.5.4 精細結構劈裂、發光偏振在單軸應力下的關係2.6 總結參考文獻第3章 納米光子學常用的數值計算方法3.1 引言3.1.1 納米光子學簡述3.1.2 光子晶體3.1.3 表面等離子體光子學3.1.4 納米光子學器件前沿3.2 光子晶體能帶計算與平面波展開方法3.2.1 引言和理論基礎3.2.2 三維光子晶體普遍理論3.2.3 二維光子晶體理論3.2.4 計算實例3.2.5 小結3.3 時域有限差分方法3.3.1 引言和理論基礎3.3.2 數值迭代方法3.3.3 數值穩定性條件3.3.4 吸收邊界條件3.3.5 激勵源設置3.3.6 計算流程3.3.7 FDTD 方法在光子晶體上的應用3.3.8 計算實例3.3.9 小結3.4 基於平面波展開的傳遞矩陣方法3.4.1理論基礎和T傳遞矩陣和S傳遞矩陣的推導3.4.2 結構對稱性的應用和問題的簡化3.4.3 光子晶體透射和反射光譜求解3.4.4 光子晶體能帶結構求解3.4.5Bloch模式散射方法3.4.6 計算實例3.4.7傳遞矩陣方法和FDTD方法的比較3.4.8 小結3.5 特殊幾何結構與解析模式方法3.5.1 光散射的基本理論3.5.2 圓柱形介質顆粒的散射3.5.3 球形介質顆粒的散射理論3.5.4 多重散射理論3.5.5 小結3.6 金屬納米顆粒與離散偶極子方法3.6.1 離散偶極子近似方法的模型與理論3.6.2與Mie理論以及實驗的比較3.6.3 金屬納米顆粒共振模式的定量分析方法3.6.4 銀納米立方體的共振模式分析3.6.5 小結3.7 總結和展望參考文獻第4章 基於石墨烯納米帶的電子器件設計4.1 石墨烯納米帶的基本結構和性質4.1.1 石墨烯納米帶的結構特徵和製備4.1.2 石墨烯納米帶的電子性質4.1.3 zigzag 型石墨烯納米帶的電子輸運性質4.2 缺陷對石墨烯納米帶電子學性質的影響4.2.1 石墨烯納米帶邊緣的本征缺陷4.2.2 石墨烯納米帶中的雜質缺陷4.3 石墨烯納米帶邊緣的化學修飾4.3.1 原子和原子基團對石墨烯納米帶邊緣懸掛鍵的飽和4.3.2 氣體分子在懸掛鍵上的吸附4.4 石墨烯納米帶的褶皺4.4.1 石墨烯納米帶的邊緣穩定性4.4.2 石墨烯納米帶邊緣的穩定方法：懸掛鍵飽和以及邊緣重構4.5 基於石墨烯納米帶的場效應晶體管設計4.5.1基於石墨烯納米帶的Z字形場效應晶體管4.5.2基於石墨烯納米帶的Z字形單極性場效應晶體管4.5.3基於單根zigzag型石墨烯納米帶的直線型場效應晶體管4.6 總結參考文獻第5章 納米尺度受限水的流動特性及浸潤特性5.1 引言5.2 外力引起的形變對納米通道內水分子行為的影響5.2.1 模擬系統5.2.2 水分子數與淨流量變化5.2.3 水分子的概率密度分佈5.2.4 碳納米管內的氫鍵5.2.5 水分子取向5.2.6 自由能的計算5.2.7 駐波形狀密度分佈產生的機制5.2.8 碳納米管良好開關效應的理論分析5.2.9 小結5.3 外加電場對於納米通道內水分子行為的影響5.3.1 外加電場的開關效應5.3.2 小結5.4 外部電荷分佈引起的碳納米管中水分子的定向傳輸5.4.1 模擬系統5.4.2 小結5.5 利用電荷操縱單壁碳納米管內的生物分子5.5.1 模擬系統5.5.2 操控單壁碳納米管內的水和短肽分子混合體5.5.3 電荷的移動速率和距管壁的距離對操縱的影響5.5.4 操控單壁碳納米管內含帶電殘基的生物分子5.5.5 實驗可行性5.5.6 小結5.6 外界環境對納米管道中水流傳輸行為的影響5.7 納米通道長度對於其內水分子行為的影響5.8 表面有序水對表面浸潤性質的影響5.8.1 模擬系統5.8.2 水層上的水滴5.8.3 實驗可能性5.8.4 小結5.9 總結參考文獻第6章 多鐵性納米結構磁電效應的計算模擬與器件設計6.1 引言6.2 多鐵性磁電納米結構的連續介質理論模擬6.2.1 正磁電效應的連續介質理論模擬6.2.2 逆磁電效應的連續介質理論模擬6.2.3 基於連續介質理論計算的新型磁電器件設計6.3 多鐵性磁電納米結構的第一性原理計算6.3.1 界面成鍵型磁電效應6.3.2 界面自旋極化載流子調製的磁電效應6.3.3 基於第一性原理計算的新型磁電器件設計6.4 多鐵性磁電納米結構的相場模擬6.4.1 正磁電效應的相場模擬6.4.2 逆磁電效應的相場模擬6.4.3 基於相場模擬的新型磁電器件設計6.5 結語參考文獻第7章 基於理論計算的能帶調控及熱電材料設計7.1 引言7.2 理論方法7.2.1 密度泛函理論簡介7.2.2 玻爾茲曼電輸運理論7.2.3 能帶與電輸運性能若干問題的探討7.2.4 基於分子動力學的晶格熱導計算方法7.3Ⅰ型過渡金屬替換Ba8MxGe46.x 籠合物組分及能帶調控7.4 Half-Heusler 化合物中的理論篩選7.5 填充方鈷礦能帶及最佳摻雜量的研究7.5.1 n 型填充方鈷礦7.5.2 p 型填充方鈷礦7.6 晶格熱導率計算在材料中的應用7.7 結語參考文獻第8章 原子團簇的理論模擬8.1 團簇簡介及研究狀況8.1.1 團簇的基本性質8.1.2 團簇理論研究的主要方向8.2 團簇研究的理論方法8.2.1 經驗勢方法8.2.2 半經驗方法8.2.3 第一性原理方法8.3 團簇的結構確定和電子性質8.3.1 Si 團簇的生長模式及光電子能譜8.3.2 Gen 團簇的電子性質與極化率8.4 過渡金屬團簇的磁性質8.4.1 Sc 團簇隨尺寸變化的磁性質8.4.2 雙金Co-Cu團簇隨組分變化的磁行為8.4.3 [Mn13@Au20].與[Co13@Au20].包裹團簇的磁行為8.4.4 雙金Co-Mn團簇中的磁非共線性行為8.5 團簇的吸附行為8.5.1 Sc團簇對O原子、CO分子的吸附行為8.5.2 Vn團簇對O2、C2H4分子的吸附和共吸附行為8.5.3 雙金Co-Mn團簇對CO分子的吸附行為8.6 結語與展望參考文獻第9章 金屬表面分子自組裝的理論研究9.1 引言9.2 金屬表面自組裝單分子層的基礎理論9.2.1 金屬表面電子結構及其功函數9.2.2 從單分子到單分子層9.2.3 金屬表面自組裝單分子層9.3分子主體極化率對Au（111）面自組裝層電子結構的影響9.3.1 研究動機及研究體系9.3.2 計算細節9.3.3 分子主體的電子性質9.3.4表面SAMs結構9.3.5 Au（111） 面自組裝層的電子結構9.3.6 小結9.4 金屬與自組裝層之間的成鍵偶極9.4.1 研究動機及研究體系9.4.2 計算細節9.4.3 飽和分子方法9.4.4 自由基方法9.4.5 小結9.5 Au（111） 表面吸附吡啶自組裝層的電子結構9.5.1 研究動機及研究體系9.5.2 計算細節9.5.3 結合能9.5.4 孤立分子層的電子結構9.5.5 電荷重排與成鍵偶極9.5.6電荷重排發生延伸的根源——費米能級釘紮9.5.7 功函數改變9.5.8 能級排布9.5.9 小結9.6 Au（111） 表面吸附閉殼層分子形成自由基分子層9.6.1 研究動機和研究體系9.6.2 計算細節9.6.3 吸附能9.6.4 自旋限制計算與金屬性非磁性分子層9.6.5 自旋極化計算與磁性分子層9.6.6 閉殼層分子層通過吸附形成自由基分子層的機理9.6.7 氧化還原反應觸發的光磁性質開關9.6.8 小結9.7 總結與展望參考文獻．