分子动力学模拟的理论与实践 严六明,朱素华 科学出版社有限责任公司 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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严六明，朱素华 著

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• 严六明
• 朱素华
• 科学出版社
• 计算物理
• 材料科学
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出版社： 科学出版社有限责任公司

ISBN：9787030373595

商品编码：27666332309

包装：平装

出版时间：2018-04-01

图书基本信息
图书名称	分子动力学模拟的理论与实践	作者	严六明,朱素华
定价	85.00元	出版社	科学出版社有限责任公司
ISBN	9787030373595	出版日期	2018-04-01
字数		页码	256
版次	32	装帧	平装
开本	16开	商品重量	0.400Kg

内容简介

分子动力学模拟是近年来飞速发展的一种分子模拟方法，它以经典力学、量子力学、统计力学为基础，通过计算机数值求解分子体系运动方程的方法，模拟研究分子体系的性质。目前，分子模拟已经成为继实验和理论研究方法之后，研究分子体系性质的第三种研究方法，被广泛用于化学、化工、生物、医药、材料科学、物理等领域。全书容分为三个部分：㈠介绍分子的物理模型，分子间相互作用，以及常用的分子力场。㈡介绍分子动力学模拟的基本原理与方法，包括分子体系运动方程的数值解方法、分子动力学模拟方法的理论基础等。㈢介绍常用的分子动力学模拟算法和技巧，模拟结果的分析与讨论。考虑到与分子动力学模拟有关的文献中理论框架、术语、符号等的不统一给读者带来的不便，本书将以分子的物理模型、分子动力学模拟的理论基础、模拟结果的分析与讨论这样的框架介绍分子动力学模拟。同时，本书将努力建立一套统一的术语和符号，以期给读者*的方便。

作者简介

目录

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文摘

序言

固体物理学导论：从晶体结构到电子性质 作者：张伟，李芳 出版社：高等教育出版社 --- 内容简介 本书旨在为学习固体物理学的初学者提供一个全面、深入且易于理解的入门指南。固体物理学是凝聚态物理学的基石，它致力于揭示物质在宏观尺度上表现出的奇异宏观性质（如导电性、磁性、热学特性）是如何由其微观的、原子和电子的排列方式所决定的。本书结构严谨，从最基本的晶体结构描述出发，逐步深入到电子的能带理论、晶格振动与热学性质，以及材料的磁学和电学特性，力求构建一个完整而连贯的知识体系。 第一部分：晶体结构与对称性 本书的开篇聚焦于固体物质的宏观表现与其微观结构之间的桥梁——晶体结构。我们首先介绍了晶体的基本概念，包括晶格、基矢、晶胞（原胞）的定义，这是理解所有晶体性质的基础。随后，详细阐述了布拉维格子（Bravais Lattices）的十四种类型，并通过具体的实例（如面心立方、体心立方）帮助读者建立空间想象能力。 核心内容在于描述晶体的周期性对称性。我们引入了空间群的概念，详细讨论了平移、旋转、反演等宏观对称操作，并解释了如何利用这些对称性来简化物理模型的建立和求解。傅里叶变换在描述周期性结构中的强大作用被充分展示，特别是倒易点阵（Reciprocal Lattice）的概念，它不仅是理解X射线衍射的理论基础，也是能带理论中布洛赫定理的数学载体。 X射线、中子和电子衍射实验是确定晶体结构的“眼睛”。本书用清晰的物理图像和数学推导，阐述了布拉格定律（Bragg’s Law）的物理意义以及劳厄条件（Laue Condition）。通过分析衍射斑点的几何分布，读者可以学习如何从实验数据中反演出晶体的点阵结构和原子位置。 第二部分：晶格振动与热学性质 宏观材料的热学性质（如比热容、热导率）直接来源于原子或分子的集体振动，即声子（Phonons）。本部分详细探讨了晶格动力学。从最简单的一维单原子链模型出发，推导出其色散关系（$omega$对$k$的关系），清晰地展示了声学支和光学支的概念及其物理意义。 随后，我们将模型扩展到一维双原子链，这使得声子理论更加完善，并引入了布里渊区（Brillouin Zone）的物理边界。在三维晶体中，声子谱更加复杂，我们介绍了求解晶格振动的荷姆哈兹方程，并重点讨论了牛顿法（Newton’s Method）在求解复杂分子体系中的应用。 如何将微观的声子模式与宏观的热学性质联系起来？本书通过统计力学的方法，推导了德拜模型（Debye Model）和谐振子模型，成功解释了低温下比热容与温度的三次方成正比的实验规律（$C_v propto T^3$）。热导率的分析则侧重于声子散射机制，包括声子-声子散射（三声子过程）、缺陷散射和电子散射，这对于理解热电材料的设计至关重要。 第三部分：电子的能带理论 固体内部的电子行为是决定其导电、半导体和绝缘特性的核心。本部分是全书的理论高潮。我们从自由电子模型（Drude-Sommerfeld Model）出发，引入了费米能级和费米面等概念，成功解释了金属的电导率和热容量的近似值。 然而，自由电子模型无法解释绝缘体和半导体的存在。因此，我们引入了布洛赫定理（Bloch’s Theorem），这是理解周期势场中电子行为的基石。通过分析势场的周期性，我们推导出了能带结构的形成机制——电子在特定波矢区域被禁阻，形成了禁带（Band Gap）。 本书详细讨论了晶体的有效质量（Effective Mass）概念，这是一个极其重要的概念，它将外部电场对电子的作用与电子在周期势场中的复杂运动统一起来。我们通过$E(mathbf{k})$的曲率来定义有效质量，并解释了为什么电子在能带顶部附近的行为与自由电子完全不同。 最后，我们深入探讨了能带理论在实际材料分类中的应用：金属（部分填充的能带）、绝缘体（满带与空带间存在大禁带）和半导体（禁带较窄）。我们还介绍了有效质量近似在半导体器件物理中的重要性，以及狄拉克锥结构在拓扑材料中的初步展示。 第四部分：输运性质与磁学 在理解了电子的能带结构后，本部分侧重于电子在外部场作用下的集体行为，即输运性质。 在电学方面，我们详细阐述了玻尔兹曼输运方程（Boltzmann Transport Equation），这是计算电导率、霍尔效应和热电效应的通用框架。我们讨论了电子的弛豫时间近似（Relaxation Time Approximation）及其局限性。 对于半导体，我们引入了有效质量模型来描述电子（导带）和空穴（价带）的运动，并推导了费米-狄拉克分布函数在半导体中的应用，解释了本征半导体和掺杂半导体的载流子浓度随温度的变化规律。 磁学部分则从朗之万理论出发，解释了顺磁性的起源。随后，我们深入到更复杂的铁磁性。我们利用海森堡交换作用（Heisenberg Exchange Interaction）来理解为什么磁矩会自发排列，并介绍了平均场理论（Mean-Field Theory）来计算居里温度。对于反铁磁和亚铁磁系统，本书解释了它们的磁结构特征，并简要提及了磁畴和磁滞现象的微观根源。 本书特色： 1. 清晰的物理图像： 每一个数学推导都紧密结合直观的物理图像，避免纯粹的公式堆砌。 2. 经典与现代的结合： 在夯实德拜、布洛赫等经典理论的同时，引入了如倒易点阵、有效质量等现代物理分析工具。 3. 注重数学基础： 详细解析了傅里叶分析、群论基础（在对称性部分）以及统计力学的关键步骤。 本书适合物理、材料科学、化学等相关专业的本科高年级学生和研究生作为教材或参考书，是进入凝聚态物理前沿研究的坚实阶梯。

评分☆☆☆☆☆

从装帧设计和排版上看，这本书也体现了出版社对学术书籍应有品质的坚持。图表的清晰度极高，关键公式的推导过程一气呵成，不易产生阅读疲劳。更值得一提的是，它在某一特定章节中对量子化学计算结果如何映射到分子力场参数的转化过程进行了细致入微的讲解，这是很多同类书籍含糊带过的地方。这种对细节的执着，使得这本书在众多模拟类著作中脱颖而出，成为了我案头常备的参考资料，每当遇到棘手的模拟问题，总能从中找到新的思路和验证路径。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格非常沉稳且富有洞察力，它避免了过于晦涩的学术术语堆砌，但在保持专业性的同时，力求语言的精准与流畅。我发现它在处理一些经典难题，比如如何有效采样稀有事件，或是如何处理长程相互作用时，提供的解决方案既有理论深度，又有可操作性指导。对于已经有一定基础，但希望将模拟水平提升到更高层次的研究人员来说，这本书提供了一个极好的“进阶指南”。它不仅仅教你“如何运行”，更重要的是教你“如何思考”模拟结果背后的物理意义和统计学可靠性。

评分☆☆☆☆☆

这本新近出版的关于分子动力学模拟的书籍，从理论基础的构建到实际操作的技巧，都展现了作者深厚的学术功底和丰富的实践经验。我尤其欣赏它对基本物理原理的阐述，那些抽象的公式和概念，在作者的笔下变得清晰易懂，仿佛为初学者搭建了一座坚实的知识桥梁。它不仅仅是罗列公式，更重要的是解释了这些公式背后的物理图像和数学逻辑，让读者能够真正理解“为什么”要这样做，而不是盲目套用。对于那些希望深入理解MD方法的科研工作者而言，这部分的深度是极为宝贵的，它为后续更复杂的模拟体系和方法创新打下了坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

阅读体验上，这本书的结构设计非常精妙，逻辑链条环环相扣，循序渐进。从宏观的模拟范式介绍，到微观的力场选择与构建，再到最终结果的分析与可视化，每一步骤都详尽而周密。我特别喜欢它穿插其中的案例分析，那些从实际科研问题中提炼出来的例子，极大地增强了理论的指导性和实用性。它并没有将模拟过程浪漫化，而是坦诚地指出了不同方法和参数设置可能带来的局限性与误差源，这种严谨的态度，对于我们日常进行模拟工作时规避陷阱至关重要。感觉作者是在手把手地带你走过一个完整的科研流程。

评分☆☆☆☆☆

坦率地说，这本书的价值远超一本单纯的教科书范畴，它更像是一本融合了多年教学和研究心得的“工具箱宝典”。我特别欣赏其中对于软件应用和并行计算策略的讨论，这些是理论书籍中常常被忽略，但在实际高性能计算环境中至关重要的话题。作者没有停留在理想化的单机模拟层面，而是切实地考虑了大规模体系的计算效率问题，这体现了作者对当前科研前沿的深刻理解。对于需要管理复杂计算资源的研究生和青年教师来说，这部分的实用性简直是雪中送炭。