本书从密度泛函理论出发，详细介绍理论框架及其在材料计算中的应用。首先介绍密度泛函的基础理论框架及计算编程思路，进而按照解决实际问题的思路，对热门材料（包括半导体材料和储能材料）进行具体的计算和分析。本书内容由浅入深、逐步递进，带领读者深入了解密度泛函理论的实际应用和阶梯式计算研究的模式。
本书提供详细的材料计算案例和分析，可以帮助读者快速了解材料计算和模拟领域的前沿知识，进行实践研究，适合材料计算和模拟领域的科研人员阅读，也适合物理化学、材料化学、计算物理等相关专业的师生阅读。

温静，博士，哈尔滨师范大学光电带隙材料教育部重点实验室教师，硕士生导师。研究方向为物理与材料计算，主要从事半导体材料晶体结构、电子结构、电子输运性质以及储能材料动力学的理论计算分析研究，发表SCI收录论文30余篇，主持和参与国家项目3项。

第1章 密度泛函基础理论框架
1.1 薛定谔方程
1.2 交换关联泛函
1.2.1 局域密度近似
1.2.2 广义梯度近似
1.2.3 LDA（GGA）+U轨道相关泛函
1.3 赝势理论
1.3.1 Norm-conserving赝势
1.3.2 Ultrasoft赝势
1.3.3 PAW赝势
1.4 KS方程的解法
1.5 晶体总能
1.5.1 布里渊区积分
1.5.2 密度自洽步进方法
1.5.3 总能的计算
1.6 结构优化
1.7 电子态密度和能带结构
1.7.1 电子态密度
1.7.2 能带结构
第2章 计算实例简介
2.1 半导体材料
2.1.1 IMZOm的应用背景
2.1.2 IMZOm的实验特征
2.1.3 IMZOm的计算研究概况
2.2 储能材料
2.2.1 MXenes的应用背景
2.2.2 MXenes的计算研究概况
2.3 实例计算内容
2.3.1 IMZOm的计算内容
2.3.2 MXenes的计算内容
第3章 半导体材料晶体结构计算
3.1 晶体结构存在的问题
3.2 计算方法
3.3 IMZOm调制结构模型和HRTEM模拟结果
3.4 IMZOm结构稳定性的第一性原理研究
3.5 IZOm结构稳定性和形成机制
3.5.1 IZOm的不同晶体结构模型
3.5.2 结构稳定性和形成机制
3.6 计算结论
第4章 半导体材料电子结构计算
4.1 体系结构关联的电子结构特征
4.2 标准计算结构模型
4.3 计算方法
4.4 计算结果分析
4.4.1 ZnO和In2O3的电子结构
4.4.2 IZOm的态密度
4.4.3 IZOm的能带结构
4.4.4 IZOm的电子有效质量和最优化输运路径
4.5 计算结论
第5章 半导体纳米结构电子输运性质计算
5.1 半导体纳米结构电子输运I-V曲线特征
5.2 纳米线MSM结构模型
5.2.1 空间电荷区的势能分布
5.2.2 纳米线的子带结构
5.3 金属半导体接触端的电子输运特征
5.3.1 电流的能量分布
5.3.2 接触端区域的电子输运过程
5.4 MSM结构I-V特性曲线特征
5.4.1 不同单元位置的电子输运特征
5.4.2 I-V特性曲线
5.5 IZOm纳米带电子输运特征
5.5.1 实验结果
5.5.2 MSM结构模拟
5.5.3 SCL输运
5.5.4 跳跃辅助的束缚态电子能带输运模型
5.6 计算结论
第6章 储能材料结构形成机制
6.1 MXenes结构形成存在的问题
6.2 计算方法
6.3 插层Ti3C2的结构特性及形成机理
6.3.1 纯Ti3C2和Ti3C2嵌入单一原子的基态结构
6.3.2 Ti3C2与单一原子相互作用的形成机理
6.3.3 Ti3C2与F和O相互作用的形成机理
6.3.4 Ti3C2与F、O以及H相互作用的形成机理
6.3.5 Li插层的形成及其电荷存储机制
6.4 计算结论
第7章 储能材料结构动力学变化
7.1 MXenes的结构变化问题
7.2 计算方法
7.3 含H基团对Ti3C2Tx结构动力学的影响
7.3.1 表面官能团的形成机理
7.3.2 Ti3C2Tx的支柱
7.4 计算结论
第8章 二维储能材料不同类型的离子扩散机理
8.1 MXenes的离子扩散问题
8.2 计算方法
8.3 离子扩散势能面
8.4 离子扩散分子动力学模拟
8.5 计算结论
参考文献