计算材料科学引论

甘政涛

计算材料科学（Computational Materials Science），是材料科学与计算机科学的交叉学科，是一门正在快速发展的新兴学科，是关于材料组成、结构、性能、服役性能的计算机模拟与设计的学科，涉及材料科学研究里的“计算机实验”。它是材料学、物理学、计算机科学和技术、数学、化学等多门学科的交叉学科。

这本书强调基本方法和普适原则，全面提供学生了解和模拟材料的结构与行为所需的基本知识。内容涉及从电子结构方法到微结构组织演化的主要问题，并且附录提供了重点背景知识和丰富实用的线上教学资源。所建模型经受了从原子尺度到中等尺度的检验，为学生未来的学习和研究打下了坚实的基础。本书详尽地阐述了材料模型构建所需的基本方程，同时用一个章节总结基本的数学背景以便学生理解。丰富的附件提供了经典和量子力学、静电学、统计热力学和线性弹性力学等计算模型所需的知识背景。给出了线上的算例、计算代码和算法实际应用的讨论等资源，为学生提供了他们所需的实际操作经验。

本书共分为4部分。第1部分 介绍数值模拟所需的基本方法；第2部分 阐述原子与分子系统的建模；第3部分 将讨论扩展到中等尺度材料物理的建模；第4部分 整合了前面章节已经表达的想法和观点；第五部分是附录，提供了大量相关的背景知识。限于篇幅，本书没有介绍连续介质建模的相关知识。

本书注重于使读者了解计算材料科学的基础，介绍该领域的主要方法并提供相关计算代码的链接。同时作者力图做出清晰、直观的解释以便读者自己能够应用模型。这本书适用于材料学、物理学、计算机科学及其他相关专业的高年级大学生和研究生，材料学者和工程师也可以将其作为参考书。endprint