书评:《原子的计算机模拟:实用指南》

Atomistic Computer Simulations: A Practical Guide
V. Brazdova 等著
2013年,361页,ISBN: 9783527410699
书评者: 丁亦兵,教授 (中国科学院大学)

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从量子力学诞生之日起,原子和分子结构及其性质的计算一直是物理学家与化学家极为重视并为之付出不懈努力的最基本的问题。尽管随着计算机的存储与计算能力的急剧发展,从第一原理出发或从头计算取得了许多可喜的进展,但由于面对的问题过于复杂,即使应用大规模并行计算方法,能够精确求解的问题仍然十分有限。相比之下,计算机模拟方法在许多复杂的情况下,能对许多重要问题给出很好的近似结果,表现了强大的应用能力,因此近年来受到越来越普遍的关注。

本书是由两位几十年来一直从事计算机模拟研究的专家撰写的一部原子计算机模拟的实用性专著。他们在工作实践中经常遇到人们向他们请教如何做原子计算机模拟以及各种不同方法的实用能力及其局限性的比较,特别是在指导研究生开始进入相关课题研究工作时。面对这样一些问题,他们发现找不到一本合适的书作为参考。为此他们下决心自己写这样的一本。

本书既不打算提供对于许多不同的可用的原子计算机模拟技术所赖以建立的理论的详细介绍,也不想成为一本关于如何编写和运行一些特殊算法的菜单类型的书籍。作者们力求写成一部教科书,旨在为读者提供设计和实现任何涉及原子模拟所必须的知识,力求使本书成为在模拟过程中最为实用的一种指南。为此在书中的一些关键章节包括了对于每一类模拟必须规定的关键词的最小集合以及为了防止发生简单错误和机时的浪费而专门设计的一些核对清单。

全书内容共18章,分5个部分。第1部分 原子尺度的世界,含第1-4章:1.原子、分子和晶体;2.化学键;3.化学反应;4.可以准确计算什么?第2部分 引入描写系统的方程,含第5-6章:5.总能量最小化;6.分子动力学和蒙特卡洛。第3部分 描写原子之间的相互作用,含第7-9章:7.计算能量和力;8.电子结构方法;9.密度泛函理论的细节。第4部分 调试和运行计算,含第10-13章:10.设计一个方案;11.坐标和模拟网格;12.核心与筛选;13.试验。第5部分 分析结果,含第14-18章:14.浏览输出文件; 15.利用所有这些数字做些什么?16.可视化;17.电子结构分析; 18.与实验比较。

书末给出了两个附录。附录A简单介绍了UNIX系统,附录B简略地介绍了科学计算相关的进展。

与传统教科书不同,本书没有包括习题与问题。作者认为全书就可以看作是一个练习,希望读者一边读一边就开始试用一种原子模拟方法,而且在网页www.AtomisticSimulations.org 上作者既讨论了展示最新结果的研究文章,也给出更多的学习原子计算机模拟的练习。建议读者能从那里找到更新的材料。

本书内容广泛、叙述逻辑清晰,对于读者一步一步地引导,特别注重实际应用。虽是一本专著,但仍可作为理论物理、原子与分子物理、材料科学和化学学科研究生深入学习原子计算机模拟课程的辅助教材。对于实际操作原子计算机模拟的研究人员,本书极具参考价值。

来源:中国科学院(CAS)《国外科技新书评介》