《研究生教学用书 固体量子化学——材料化学的理论基础》

第一章晶体的周期性结构与对称性1

1-1晶体的空间对称性1

1.平移对称性1

2.点对称性3

3.晶系与Bravais晶格6

1-2倒晶格与Brillouin区9

1.正格矢空间中的晶胞9

2.Wigner-Seitz元胞11

3.倒格矢13

4.Brillouin区16

1-3 平移群的不可约表示20

1-4空间群的不可约表示23

1.波矢k群及其表示23

2.空间群的不可约表示28

1-5 双值空间群31

1-6时间反演与磁性空间群35

1.时间反演算符35

2.Kramers定理与附加简并度37

3.磁性空间群40

1-7 晶体对称性与相变41

参考文献45

第二章能带论基础47

绪论47

2-1晶体中电子态48

1.Sehr？dinger方程的对称性与能带48

2.Bloch函数的一般性质51

2-2Brillouin区中对称点上态的分类55

1.简单立方点阵55

2.相容性关系58

2-3自由电子能带58

1.自由电子模型59

2.简单立方晶体60

3.准自由电子近似61

2-4紧束缚近似66

1.忽略重叠积分的情形66

2.基于S，P态的能带68

3.重叠积分不为零的情形72

2-5正交化平面波法与赝势法74

1.正交化平面波法75

2.赝势法76

2-6元胞法、缀加平面波法与KKR法77

1.元胞法77

2.缀加平面波法78

3.KKR法79

参考文献80

第三章晶体的分子模型82

绪论82

3-1 分子簇模型83

3-2 簇在晶体中的环境86

3-3扩展晶胞的准分子模型89

1.扩展晶胞及其对称性89

2.倒格矢空间中的扩展晶胞与Brillouin区91

3.扩展晶胞的准分子模型93

参考文献96

第四章固体研究中的量子化学方法97

绪论97

4-1电子态计算中的基本近似97

1.非相对论的分子Hamilton量97

2.Born-Oppenheimer近似99

3.轨道近似101

4-2分子理论中的自洽场方法103

1.闭壳层体系的Hartree-Fock-Roothaan方法104

2.开壳层体系的Hartree-Fock-Roothaan方法108

3.Mulliken-Ruedenberg近似与ZDO近似110

4-3固体研究中的LCAO-CO近似115

1.原子轨道线性组合的晶体轨道法要点115

2.分子模型中的LCAO近似117

3.准分子扩展晶格模型中的Mulliken近似与零微分重叠近似118

4-4固体研究中的Xα-方法123

1.定域化电子密度近似——Hartree-Fock-Slater方程式123

2.多重散射波Xα-方法125

3.离散变分Xα-方法127

4-5密度泛函理论128

1.Thomas-Fermi模型128

2.Hohenberg-Kohn定理131

3.Kohn-Sham方法133

4.LDA与LSDA近似135

4-6一些具体计算方案137

1.全电子近似137

2.赝势法138

3.Car-Parrinello方法139

参考文献141

第五章低维固体143

绪论143

5-1低维固体的基本特征144

1.维度性144

2.Peierls不稳定性146

3.电荷密度波与自旋密度波152

4.Kohn异常155

5.非线性元激发——“孤子”态156

5-2一维周期体系的电子态158

1.简单Hückel模型159

2.半经验和非经验的LCAO-CO方法169

3.Green函数方法172

5-3低维有机导体181

1.聚乙炔181

2.基态非简并的有机导体197

3.准一维石墨类有机导体205

4.有机分子元件207

5-4其他低维固体210

1.TTF-TCNQ体系211

2.聚硫氮212

3.有机金属络合物215

参考文献217

第六章真实晶体219

绪论219

6-1金属219

1.金属电子结构的物理模型220

2.金属电子结构的Xα-法处理225

3.金属的晶体结构228

6-2离子晶体231

1.离子晶体中的静电作用势232

2.离子晶体的电子状态236

6-3 共价晶体239

6-4 钙钛矿型晶体241

6-5非晶态固体246

1.一维随机Kronig-Penney模型246

2.Anderson模型247

参考文献249

第七章晶体表面与晶体缺陷251

绪论251

7-1晶体表面的一般性质251

1.表面能与晶格形状251

2.悬浮键与表面晶格畸变252

7-2金属表面与吸附作用253

1.金属表面的电子态253

2.表面吸附的电子态255

7-3金属氧化物表面与吸附作用260

1.金属氧化物的能带结构260

2.金属氧化物表面的电子态261

7-4晶体缺陷264

1.晶体缺陷的基本性质264

2.晶体缺陷的电子态273

参考文献278

第八章有机磁性体279

绪论279

8-1磁性体内自旋相互作用理论280

1.交换相互作用Hamilton量280

2.超交换相互作用287

8-2高自旋有机分子291

1.Hund规则与NBMO法291

2.VB法与Heisenberg模型292

3.自旋极化型MO法与自旋极化效应294

4.Jij值的从头计算297

5.自旋离域化效应298

8-3高自旋有机聚合物300

1.一维高自旋有机聚合物300

2.二维高自旋有机聚合物302

8-4高自旋簇合物303

磁性分子间相互作用的理论303

8-5 多自由基分子的磁性与相变温度308

参考文献312

第九章有机非线性光学材料314

绪论314

9-1非线性光学极化率理论概要315

1.极化率张量315

2.分子电极化率318

3.二级、三级极化率公式322

9-2 超极化率的MO法计算324

9-3有机非线性光学分子326

1.大β值的有机分子设计326

2.大γ值的有机分子设计332

9-4有机非线性光学材料333

1.有机非线性分子簇334

2.分子间相互作用与分子簇的β值336

9-5有机聚合物非线性光学材料338

1.PDA类材料338

2.其他高聚物材料340

9-6 螺旋共轭分子343

9-7C60衍生物的NLO性质347

1.C60吡咯/二茂铁的NLO性质347

2.C60PY/TTF分子系列的NLO性质351

3.醌型C60衍生物的NLO性质351

参考文献354

第十章超导电材料与碳纳米材料357

绪论357

10-1氧化物超导体的结晶化学特征360

1.晶体结构360

2.若干结晶化学特征363

10-2有关超导电性的模型与理论369

1.几条实验事实370

2.能带重叠模型373

3.“孤子”模型380

4.化学键理论与超导电性383

10-3C60与碳笼分子387

1.C60分子结构与晶体结构387

2.C60的化学性质390

3.碳笼分子393

10-4C60碱金属化合物的超导电性395

1.C60晶体的能带结构396

2.K3C60的能带结构399

3.K3C60超导电性的探讨400

10-5碳纳米管的结构、电子态与性能402

1.碳纳米管的结构与类型403

2.碳纳米管的电子态405

3.碳纳米管的掺杂411

参考文献414

附录417

A.单位、常数与换算因子417

B.晶体点群与空间群420

C.Xα方法中的交换相关势425

D.二次量子化方法427

E.SSH理论436

F.量子化学计算中的相对论效应446

索引456