包邮凝聚态物理的全量子效应

目录序言 第1章 全量子效应问题概述 1 1.1 薛定谔方程与近似求解 1 1.2 全量子效应概念的提出 9 1.3 计算方法与测量技术的发展 14 1.3.1 计算方法 14 1.3.2 测量技术 21 1.4 全量子效应研究的主要挑战 35 1.5 举例：水的全量子效应研究 40 第2章 全量子效应的物理问题 48 2.1 核量子效应 49 2.1.1 原子结构 49 2.1.2 电子结构 55 2.1.3 热力学性质 58 2.1.4 光学性质 62 2.1.5 量子顺电现象 69 2.1.6 超流体、超固体和量子缺陷 72 2.1.7 超导性质 73 2.2 非绝热效应 76 2.2.1 原子碰撞 78 2.2.2 原子振动 81 2.2.3 超快电荷转移 84 2.2.4 电子与声子耦合 86 2.2.5 光场驱动相变 89 2.2.6 光场调控电荷密度波 93 第3章 全量子效应的化学问题 95 3.1 化学反应过渡态理论 98 3.2 核量子效应 102 3.2.1 表面催化反应 102 3.2.2 超冷化学反应 105 3.2.3 有机化学反应 107 3.2.4 电化学反应 109 3.2.5 生命起源假说与生化反应 1113.2.6 酶催化反应 113 3.3 非绝热效应 116 3.3.1 弛豫动力学反应 116 3.3.2 多势能面非绝热演化 117 3.3.3 光化学反应与水解离 118 第4章 理论基础：电子结构 126 4.1 全量子效应理论方法概述 127 4.2 玻恩-黄展开 131 4.3 波函数方法 137 4.3.1 Hartree方法 138 4.3.2 Hartree-Fock方法 139 4.3.3 后Hartree-Fock方法 141 4.4 密度泛函理论141 4.4.1 Thomas-Fermi模型及推广 142 4.4.2 密度泛函理论与交换关联项 144 4.5 量子蒙特卡洛方法 150 4.5.1 变分蒙特卡洛方法 152 4.5.2 扩散蒙特卡洛方法 154 4.5.3 举例：半导体量子阱中的激子问题 156 4.5.4 全组态相互作用量子蒙特卡洛方法 159 4.6 激发态电子结构和GW方法 162 4.6.1 激发态电子结构 162 4.6.2 GW方法 163 4.7 常用电子结构计算程序介绍 165 第5章 全量子效应的理论研究 173 5.1 核量子效应模拟研究 174 5.1.1 路径积分基本原理 175 5.1.2 核量子效应统计性质 177 5.1.3 核量子效应动力学性质 180 5.2 **性原理的电-声耦合研究 193 5.2.1 电-声耦合的微扰方法 194 5.2.2 电-声耦合的非微扰方法 203 5.3 非绝热效应模拟研究 207 5.3.1 势能面跃迁方法 208 5.3.2 埃伦费斯特动力学方法 212 5.3.3 其他量子-**混合动力学方法 215 5.4 非绝热效应与核量子效应结合的一些尝试 216 5.4.1 非绝热动力学性质模拟 2175.4.2 非绝热反应速率的计算 219 5.4.3 举例：光激发水二聚体中的质子转移过程 221 5.5 全量子效应理论方法展望 223 第6章 全量子效应的实验研究 225 6.1 技术方法 226 6.1.1 核磁共振 226 6.1.2 中子散射 228 6.1.3 X 射线散射 232 6.1.4 光谱技术 235 6.1.5 光电子能谱 241 6.1.6 电子散射 244 6.1.7 扫描探针技术 247 6.2 外场极端条件平台 251 6.2.1 极低温环境 251 6.2.2 超高压环境 255 6.2.3 强磁场环境 260 6.2.4 超快超强激光技术 266 6.2.5 综合极端条件 269 6.3 全量子效应实验技术展望 272 第7章 全量子效应的典型体系：氢(H) 278 7.1 氢的核量子效应 279 7.1.1 高压相图 280 7.1.2 相变模拟 283 7.2 水的核量子效应 290 7.2.1 单根氢键量子涨落 291 7.2.2 质子协同量子隧穿 294 7.2.3 体相水与冰 296 7.2.4 限域水与冰 299 7.2.5 一维水分子链的量子相变 300 7.3 富氢化合物超导相变 303 7.4 富氢矿物晶体非线性光学性质 309 7.5 二维材料质子传输 310 7.6 体材料质子传输 314 7.6.1 跃迁速率 314 7.6.2 量子化修正 315 7.6.3 钙钛矿体材料 317 7.7 DNA 自发突变 322第8章 全量子效应的典型体系：其他元素 325 8.1 氦(He) 325 8.1.1 超固态和质量输运 326 8.1.2 缺陷运动以及塑性形变 328 8.1.3 比热测量 328 8.1.4 表面电子态 330 8.2 锂(Li) 331 8.2.1 高压相变 331 8.2.2 化学键量子涨落 334 8.2.3 零点能扩散 336 8.3 硼(B) 337 8.3.1 体相硼 338 8.3.2 硼烯 338 8.3.3 硼氮纳米管 343 8.3.4 六方氮化硼 345 8.3.5 二硼化镁 356 8.4 碳(C) 362 8.4.1 金刚石 362 8.4.2 石墨烯 370 8.4.3 碳有机分子 373 8.4.4 非晶碳 377 8.4.5 超导研究 379 8.5 氧(O) 383 8.5.1 钛酸锶 383 8.5.2 钡铁氧 386 8.6 硅(Si).389 8.6.1 反常热膨胀 389 8.6.2 声子辅助光吸收 391 第9章 能源问题中的全量子效应 392 9.1 宇宙的能量 393 9.1.1 恒星能源 393 9.1.2 行星能源 394 9.2 氢能 395 9.2.1 氢原子吸附与扩散 395 9.2.2 氢气产生与扩散 400 9.2.3 高密度氢 404 9.2.4 氢与表面催化 4059.3 太阳能转化 409 9.4 燃料电池 412 9.5 离子电池 414 第10章 环境问题中的全量子效应 417 10.1 宇宙的环境 417 10.2 自然界水问题 418 10.2.1 水分子吸附与扩散 418 10.2.2 体相水 423 10.2.3 水团簇 425 10.2.4 离子水合物 427 10.2.5 氟与水的催化反应 444 10.3 大气化学 447 10.3.1 臭氧形成与转化反应 447 10.3.2 羟亚磺酰基+氮氧化物反应 449 10.3.3 羟亚磺酰基+氮氧化物+水反应 452 第11章 全量子效应的器件应用 455 11.1 同位素量子过滤器件 455 11.2 超灵敏量子隧穿器件 457 11.3 单光子发射器件及纳米腔 460 11.4 高效固态中子探测器件 462 11.5 铁电功能器件.463 11.5.1 铁电相变 463 11.5.2 铁电翻转调控 464 11.5.3 全量子效应铁电功能器件 465 11.6 低维半导体器件稳定性研究 467 附录A 核量子效应与路径积分分子动力学模拟程序 472 附录B 非绝热效应与**性原理激发态动力学模拟程序 476 参考文献 479 索引 536