《第一性原理方法及应用》由浅入深，较为详细地分析第一性原理方法在含点缺陷材料体系，以及IV族材料体系中结构性质的研究结果。

本书可作为凝聚态物理相关研究人员的参考资料，也可以作为碳材料设计、晶体力学性质研究、晶体点缺陷研究等领域研究人员的参考书。

本书着重介绍了基于第一性原理方法的一些工作成果，介绍了第一性原理方法在含点缺陷材料体系，以及Ⅳ族材料体系中结构性质的研究结果。在含点缺陷材料体系部分，着重分析了铌酸锂、TiO2 2种材料体系中点缺陷稳定性变化规律，以及点缺陷对材料电学、光学性质的影响规律。在Ⅳ族材料体系结构性质部分，以寻找静态力学性质**金刚石的材料为主线，主要介绍了基于第一性原理的碳同素异形体的设计及其力学性质研究相关工作。

本书可作为凝聚态物理相关研究人员的参考资料，也可以作为碳材料设计、晶体力学性质研究、晶体点缺陷研究等领域研究人员的参考书。

李青坤，男，黑龙江大学电子工程学院副教授，求学与工作期间一直从事材料电、磁、力学性质的第一性原理的研究。

第 1章 从经典物理到第 一性原理 1
1．1 量子力学的建立 1
1．2 量子力学的基本原理与假设 3
1．3 量子力学的解析求解方法 4
1．4 量子力学的近似求解方法 7
1．4．1 微扰理论 7
1．4．2 变分法 8
1．4．3 Hartree-Fork自洽场方法 10
1．5 量子力学的历史意义 11
1．6 第 一性原理方法与假设 12
1．6．1 对第 一性原理方法的理解 12
1．6．2 第 一性原理的基本假设 13
1．7 第 一性原理的基本方程与求解 16
1．7．1 多粒子系统的Kohn-Sham方程 16
1．7．2 第 一性原理的常见分析方法 17
1．8 第 一性原理方法的优势与不足 21
1．9 第 一性原理常用软件 23
1．10 本章小结 23
参考文献 24
第 2章 含点缺陷铌酸锂晶体结构性质的第 一性原理研究 26
2．1 铌酸锂晶体本征缺陷结构的研究状态 28
2．2 第 一性原理方法研究非化学剂量比铌酸锂晶体的缺陷稳定性 29
2．2．1 计算的基本设定 29
2．2．2 形成能的计算 31
2．2．3 化学势的基本设定 31
2．2．4 对铌酸锂晶体缺陷稳定性的分析 33
2．3 本章小结 37
参考文献 38
第3章 Cu掺杂TiO2体系中缺陷诱导磁性研究 41
3．1 引言 41
3．1．1 TiO2晶体的结构 41
3．1．2 TiO2材料中的缺陷结构 42
3．1．3 过渡金属掺杂TiO2薄膜的磁性能 43
3．2 Cu-TiO2晶体中缺陷稳定性与磁性研究 45
3．2．1 计算缺陷形成能的基本设置 46
3．2．2 计算结果与分析 47
3．3 Cu-TiO2-x薄膜中磁性产生机制的研究 51
3．4 本章小结 55
参考文献 55
第4章 C-TiO2光催化与磁性能的第 一性原理研究 58
4．1 C掺杂TiO2的缺陷稳定性与光催化性能研究 59
4．1．1 计算方法 59
4．1．2 计算结果与讨论 60
4．2 C掺杂TiO2的磁性能研究 62
4．2．1 计算方法 63
4．2．2 计算结果与讨论 63
4．3 本章小结 68
参考文献 68
第5章 新型碳同素异形体的设计 70
5．1 引言 70
5．2 常见碳同素异形体及其性质研究现状 70
5．3 I型碳的结构 76
5．4 I型碳的结构稳定性分析 78
5．5 I型碳的电子性质计算 80
5．6 I型碳的力学性质计算 81
5．7 本章小结 84
参考文献 85
第6章 P4型碳同素异形体设计与力学性质分析 88
6．1 研究方法 89
6．2 结果与讨论 90
6．2．1 P4型碳的晶体结构 90
6．2．2 结构稳定性分析 91
6．2．3 P4碳的电学性质 92
6．3 本章小结 93
参考文献 94
第7章 HCP-C3碳及BCT-C4碳力学性质的第 一性原理研究 95
7．1 HCP-C3碳结构与力学性质的第 一性原理研究 95
7．1．1 计算设置 95
7．1．2 HCP-C3碳结构和力学性质计算与分析 97
7．2 BCT-C4碳结构与力学性质的第 一性原理研究 99
7．2．1 计算设置 100
7．2．2 BCT-C4碳晶体结构与性质计算与分析 101
7．3 本章小结 105
参考文献 105
第8章 金刚石与六方碳力学性质的第 一性原理研究 107
8．1 引言 107
8．2 金刚石与六方碳简介 107
8．3 金刚石与六方碳结构及力学性质的第 一性原理计算设置 108
8．4 金刚石与六方碳结构及力学性质的计算结果 109
8．5 本章小结 114
参考文献 114
第9章 本征缺陷对晶体硅的强度性质影响规律的第 一性原理研究 116
9．1 理想硅晶体的力学性质的第 一性原理计算 117
9．1．1 理想硅晶体的晶体结构 117
9．1．2 理想硅晶体[100]晶向强度性质 118
9．1．3 理想硅晶体 晶向强度性质 120
9．1．4 理想硅晶体[111]晶向强度性质 122
9．2 空位缺陷对强度性质的影响 125
9．2．1 空位缺陷对硅晶体[111]晶向强度的影响 125
9．2．2 空位缺陷对 晶向强度的影响 128
9．3 间隙粒子对强度性质的影响 130
9．3．1 间隙粒子对[111]晶向强度的影响 130
9．3．2 间隙粒子对 晶向强度的影响 132
9．4 本章小结 135
参考文献 136