●序
前言
第1章第一性原理計算中的總能1
1.1繫統總能與薛定諤方程1
1.2密度泛函理論3
1.3密度泛函理論的總能計算6
1.4繫統總能計算與結構預測範例8
第2章晶體結構中的點缺陷34
2.1點缺陷形成能計算34
2.2硫族化合物半導體中的點缺陷35
2.3氧空位與阻變存儲材料44
2.4二維過渡金屬碳化物中的金屬空位59
2.5氧對相變存儲材料GeTe性能調控的微觀機制68
2.6釔摻雜碲化銻71
第3章材料中的擴散85
3.1擴散的計算方法85
3.2阻變存儲材料中的點缺陷擴散行為86
3.3氫和氧在面心立方鈷中的吸附與擴散108
3.4Mo2C MXene電極材料上鋰離子的吸附和擴散117
第4章非晶與第一性原理分子動力學123
4.1經典分子動力學與第一性原理分子動力學123
4.2第一性原理分子動力學基本理論方法125
4.3非晶結構的表征方法139
4.4硫族化合物的非晶結構及快速可逆相變142
4.5壓力誘導的可逆相變156
4.素對相變存儲材料的非晶結構的影響169
4.7非晶Sb2Te3晶化的微觀機理177
第5章材料中的熱輸運問題186
5.1固體熱導率186
5.2釔摻雜碲化銻的電子熱導率和晶格熱導率197
5.3高熱電性能的Sb2Te3納米薄膜203
5.4Bi摻雜對Sb2Te3單層納米薄膜熱電性質的影響210
5.5應變協同調制Sb2Te3納米薄膜的熱電優值224
5.6MXene的熱輸運性質及其調控233
5.7電子聲子散射對晶格熱導率的影響241
第6章材料中新奇量子性質的計算與調控248
6.1相互作用電子的基本理論248
6.2二維晶體Cr2C的半金屬鐵磁性255
6.3As2S3(As2Se3)二維半導體261
6.4硫族化合物半導體的拓撲絕緣行為267
6.5MXene的量子自旋霍爾相292
第7章範德瓦耳斯異質結309
7.1二維半導體與電極異質結的接觸性質309
7.2GaSe/石墨烯異質結的肖特基勢壘310
7.3MXene的金屬特性與功函數317
7.4MXene/過渡金屬硫族化合物範德瓦耳斯異質結323
7.5MXene/藍磷範德瓦耳斯異質結界面339
7.6MXene/藍磷範德瓦耳斯異質結的TypeⅠ與TypeⅡ轉換348
7.7TypeⅡ型MoS2/AlN(GaN)半導體範德瓦耳斯異質結354
第8章新型光電子材料設計363
8.1單層三磷化銦363
8.2二維半導體CrOX375
8.3MXene水分解光催化劑383
8.4二維過渡金屬硼化物391
8.5Ti2CO2表面負載Cu單原子催化劑397

現代材料研究中，計算材料學已經成為與實驗同等重要的研究手段。材料計算與設計對改變傳統材料研發模式至關重要，在降低材料研發成本、縮短材料研發周期、揭示特別條件下材料行為等方面具有不可或缺的重要作用。
本書基於作者的長期科研與教學實踐，以相變/阻變存儲材料、二維過渡金屬碳化物、異質結等材料體繫為實例，詳細介紹了第一性原理計算在理解材料行為、預測材料性質和設計新材料等方面所發揮的重要作用。本書共8章，涵蓋了計算材料學的基本理論和新材料預測及性質計算的多種方法，包括總能與晶體結構預測、點缺陷研究、材料中的擴散問題、非晶與第一性原理分子動力學、材料中的輸運問題、材料中新奇量子性質的計算與調控、範德瓦耳斯異質結與界面光電子性質、新型光電子材料設計等。