第1章 量子输运 1
1.1引言 1
1.2电子输运理论方法简介 3
1.2.1 Boltzmann方程 3
1.2.2线性响应 6
1.2.3散射（Landauer-Buittiker）公式 8
1.2.4非平衡态格林函数公式 18
1.2.5含时电子输运 25
1.3界面电阻 29
1.3.1金属的界面电阻 30
1.3.2 Al/Ag界面各向异性的成因 31
1.3.3 Al/Ag的界面无序散射 34
1.3.4 Al/Ag界面的结构弛豫及其对输运的影响 36
1.3.5其他晶格匹配的界面 39
1.3.6 晶格不匹配的界面 44
1.4非局域自旋阀中的自旋输运 45
1.4.1磁电电路理论 45
1.4.2非局域自旋阀输运的理论模型 47
1.4.3非局域角度磁电阻和自旋转矩 51
1.5铁磁/超导界面 60
1.5.1 Andreev电导的散射公式表示 61
1.5.2铁磁超导界面的BTK理论与自旋翻转效应 65
1.5.3 Andreev电导谱计算实例 68
1.6隧道结 70
1.6.1 Fe/vac/Fe的输运 70
1.6.2 Fe/MgO/Fe的输运与自旋转矩效应 76
1.7总结 89
参考文献 90
第2章 半导体自组织量子点的微观赝势理论 97
2.1量子点的结构、生长和应用 97
2.1.1量子点的分类 97
2.1.2自组织量子点的生长 98
2.1.3单量子点的获得及其光谱 99
2.1.4自组织量子点的应用 100
2.1.5 1982～2010年自组织量子点研究的主要进展 103
2.2半导体量子点的微观赝势理论 105
2.2.1晶格弛豫的微观模型：价键模型 105
2.2.2单粒子能级：经验赝势方法 106
2.2.3多体问题的组态相互作用方法 110
2.3量子点的单粒子能级和多粒子相图 111
2.3.1 InAs/GaAs和InAs/InP量子点中的应变 111
2.3.2单粒子的能级和波函数 114
2.3.3量子点的多粒子相图 118
2.4 InAs/GaAs和InAs/InP量子点的光学性质 124
2.4.1 InAs/GaAs和InAs/InP量子点中的激子能量和偏振性质 124
2.4.2激子、双激子和带电激子的结合能 126
2.4.3激子、双激子以及带电激子的寿命 129
2.4.4高带电激子的发光谱 131
2.5量子点中的精细结构劈裂及控制 133
2.5.1量子点纠缠光源 133
2.5.2精细结构劈裂和量子点的对称性 135
2.5.3 InAs/InP和InAs/GaAs量子点中的FSS 136
2.5.4精细结构劈裂、发光偏振在单轴应力下的关系 140
2.6总结 144
参考文献 145
第3章 纳米光子学常用的数值计算方法 150
3.1引言 150
3.1.1纳米光子学简述 150
3.1.2光子晶体 151
3.1.3表面等离子体光子学 152
3.1.4纳米光子学器件前沿 152
3.2光子晶体能带计算与平面波展开方法 154
3.2.1引言和理论基础 154
3.2.2三维光子晶体普遍理论 156
3.2.3二维光子晶体理论 158
3.2.4计算实例 160
3.2.5小结 165
3.3时域有限差分方法 166
3.3.1引言和理论基础 166
3.3.2数值迭代方法 169
3.3.3数值稳定性条件 171
3.3.4吸收边界条件 173
3.3.5激励源设置 177
3.3.6计算流程 178
3.3.7 FDTD方法在光子晶体上的应用 179
3.3.8计算实例 181
3.3.9小结 185
3.4基于平面波展开的传递矩阵方法 185
3.4.1理论基础和T传递矩阵和S传递矩阵的推导 185
3.4.2结构对称性的应用和问题的简化 197
3.4.3光子晶体透射和反射光谱求解 207
3.4.4光子晶体能带结构求解 208
3.4.5 Bloch模式散射方法 209
3.4.6 计算实例 216
3.4.7传递矩阵方法和FDTD方法的比较 226
3.4.8小结 227
3.5特殊几何结构与解析模式方法 228
3.5.1光散射的基本理论 228
3.5.2圆柱形介质颗粒的散射 232
3.5.3球形介质颗粒的散射理论 239
3.5.4多重散射理论 246
3.55小结 246
3.6金属纳米颗粒与离散偶极子方法 247
3.6.1离散偶极子近似方法的模型与理论 247
3.6.2与Mie理论以及实验的比较 253
3.6.3金属纳米颗粒共振模式的定量分析方法 256
3.6.4银纳米立方体的共振模式分析 261
3.6.5小结 267
3.7总结和展望 268
参考文献 271
第4章 基于石墨烯纳米带的电子器件设计 275
4.1石墨烯纳米带的基本结构和性质 276
4.1.1石墨烯纳米带的结构特征和制备 276
4.1.2石墨烯纳米带的电子性质 280
4.1.3 zigzag型石墨烯纳米带的电子输运性质 285
4.2缺陷对石墨烯纳米带电子学性质的影响 288
4.2.1石墨烯纳米带边缘的本征缺陷 288
4.2.2石墨烯纳米带中的杂质缺陷 298
4.3石墨烯纳米带边缘的化学修饰 301
4.3.1原子和原子基团对石墨烯纳米带边缘悬挂键的饱和 301
4.3.2气体分子在悬挂键上的吸附 304
4.4石墨烯纳米带的褶皱 308
4.4.1石墨烯纳米带的边缘稳定性 308
4.4.2石墨烯纳米带边缘的稳定方法：悬挂键饱和以及边缘重构 313
4.5基于石墨烯纳米带的场效应晶体管设计 315
4.5.1基于石墨烯纳米带的Z字形场效应晶体管 315
4.5.2基于石墨烯纳米带的Z字形单极性场效应晶体管 319
4.5.3基于单根zigzag型石墨烯纳米带的直线型场效应晶体管 321
4.6总结 322
参考文献 322
第5章 纳米尺度受限水的流动特性及浸润特性 327
5.1引言 327
5.2外力引起的形变对纳米通道内水分子行为的影响 328
5.2.1模拟系统 328
5.2.2水分子数与净流量变化 330
5.2.3水分子的概率密度分布 331
5.2.4碳纳米管内的氢键 332
5.2.5水分子取向 333
5.2.6 自由能的计算 335
5.2.7驻波形状密度分布产生的机制 337
5.2.8碳纳米管良好开关效应的理论分析 343
5.2.9小结 345
5.3外加电场对于纳米通道内水分子行为的影响 345
5.3.1外加电场的开关效应 347
53.2小结 353
5.4外部电荷分布引起的碳纳米管中水分子的定向传输 353
5.4.1模拟系统 354
5.4.2小结 356
5.5利用电荷操纵单壁碳纳米管内的生物分子 356
5.5.1模拟系统 357
5.5.2操控单壁碳纳米管内的水和短肽分子混合体 359
5.5.3电荷的移动速率和距管壁的距离对操纵的影响 362
5.5.4操控单壁碳纳米管内含带电残基的生物分子 363
5.5.5实验可行性 366
5.5.6小结 367
5.6外界环境对纳米管道中水流传输行为的影响 368
5.7纳米通道长度对于其内水分子行为的影响 371
5.8表面有序水对表面浸润性质的影响 375
5.8.1模拟系统 378
5.8.2水层上的水滴 379
5.8.3实验可能性 384
5.84小结 385
5.9总结 386
参考文献 387
第6章 多铁性纳米结构磁电效应的计算模拟与器件设计 393
6.1引言 393
6.2多铁性磁电纳米结构的连续介质理论模拟 396
6.2.1正磁电效应的连续介质理论模拟 396
6.2.2逆磁电效应的连续介质理论模拟 401
6.2.3基于连续介质理论计算的新型磁电器件设计 410
6.3多铁性磁电纳米结构的第一性原理计算 421
6.3.1界面成键型磁电效应 421
6.3.2界面自旋极化载流子调制的磁电效应 424
6.3.3基于第一性原理计算的新型磁电器件设计 428
6.4多铁性磁电纳米结构的相场模拟 429
6.4.1正磁电效应的相场模拟 429
6.4.2逆磁电效应的相场模拟 432
6.4.3基于相场模拟的新型磁电器件设计 436
6.5结语 442
参考文献 443
第7章 基于理论计算的能带调控及热电材料设计 451
7.1引言 451
7.2理论方法 452
7.2.1密度泛函理论简介 452
7.2.2玻尔兹曼电输运理论 454
7.2.3能带与电输运性能若干问题的探讨 456
7.2.4基于分子动力学的晶格热导计算方法 457
7.3 I型过渡金属替换Ba8MxGe46-x笼合物组分及能带调控 459
7.4 Half-Heusler化合物中的理论筛选 463
7.5填充方钴矿能带及最佳掺杂量的研究 468
7.5.1 n型填充方钴矿 468
7.5.2 p型填充方钴矿 472
7.6晶格热导率计算在材料中的应用 477
7.7结语 485
参考文献 486
第8章 原子团簇的理论模拟 492
8.1团簇简介及研究状况 492
8.1.1团簇的基本性质 492
8.1.2团簇理论研究的主要方向 493
8.2团簇研究的理论方法 494
8.2.1经验势方法 494
8.2.2半经验方法 496
8.2.3第一性原理方法 497
8.3团簇的结构确定和电子性质 500
8.3.1 Si团簇的生长模式及光电子能谱 500
8.3.2 Gen团簇的电子性质与极化率 506
8.4过渡金属团簇的磁性质 509
8.4.1 Sc团簇随尺寸变化的磁性质 510
8.4.2双金Co-Cu团簇随组分变化的磁行为 512
8.4.3 ［Mn13＠Au20］-与［Co13＠Au20］-包裹团簇的磁行为 514
8.4.4双金CMn团簇中的磁非共线性行为 516
8.5团簇的吸附行为 517
8.5.1 Sc团簇对O原子、CO分子的吸附行为 518
8.5.2 Vn团簇对O2、 C2H4分子的吸附和共吸附行为 522
8.5.3双金Co-Mn团簇对CO分子的吸附行为 526
8.6结语与展望 528
参考文献 529
第9章 金属表面分子自组装的理论研究 534
9.1引言 534
9.2金属表面自组装单分子层的基础理论 535
9.2.1金属表面电子结构及其功函数 535
9.2.2从单分子到单分子层 536
9.2.3金属表面自组装单分子层 538
9.3分子主体极化率对Au（111）面自组装层电子结构的影响 543
9.3.1研究动机及研究体系 543
9.3.2计算细节 544
9.3.3分子主体的电子性质 545
9.3.4表面SAMs结构 546
9.3.5 Au（111）面自组装层的电子结构 546
9.3.6小结 552
9.4金属与自组装层之间的成键偶极 552
9.4.1研究动机及研究体系 552
9.4.2计算细节 554
9.4.3饱和分子方法 554
9.4.4自由基方法 556
9.4.5小结 557
9.5 Au（111）表面吸附吡啶自组装层的电子结构 558
9.5.1研究动机及研究体系 558
9.5.2计算细节 559
9.5.3结合能 560
9.5.4孤立分子层的电子结构 560
9.5.5电荷重排与成键偶极 564
9.5.6电荷重排发生延伸的根源——费米能级钉扎 564
9.5.7功函数改变 568
9.5.8能级排布 569
9.5.9小结 570
9.6 Au（111）表面吸附闭壳层分子形成自由基分子层 570
9.6.1研究动机和研究体系 570
9.6.2计算细节 570
9.6.3吸附能 571
9.6.4自旋限制计算与金属性非磁性分子层 572
9.6.5自旋极化计算与磁性分子层 573
9.6.6闭壳层分子层通过吸附形成自由基分子层的机理 573
9.6.7氧化还原反应触发的光磁性质开关 574
9.6.8小结 575
9.7总结与展望 575
参考文献 575