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Last update: Aug. 2015

量子化学

2024年春季学期课程安排

主讲教师：蒋鸿 (Email: jianghchem _at_ pku.edu.cn; Phone: 62765970)

助教：张腾、刘照请

上课时间地点：周一 10-12节(18:40-21:30)，理教403。
考核方式：习题（30分）+上机实习/小课题论文（20分）+ 期末考试（50分）。
课后答疑/讨论：线上: 课程微信群; 线下: 每周四下午2:00 - 4:00，化学楼C217

教材：《现代量子化学导论》，蒋鸿编著，北京大学出版社，2022年12月。勘误（2024年2月）。

课程内容安排

内容 推荐阅读

第一章 数学准备

  1. 矩阵和行列式
  2. 线性空间
  3. 算符
  4. 矢量和算符的矩阵表示
  5. 泛函与变分法
  1. 《中级物理化学》第一章
  2. Szabo and Ostlund, Chapter 1.
  3. [Byron&Fuller]

第二章 量子力学基础

  • 量子力学基本假设
  • 微扰论
  • 变分方法
  1. 《中级物理化学》第二章，第六章（6.3-6.5）
  2. 【Piela】

第三章 多电子问题概论

  1. 电子-原子核分离：玻恩-奥本海默近似，非绝热动力学
  2. 多电子波函数：斯莱特行列式，多电子算符矩阵元计算
  3. 自旋匹配波函数
  4. 二次量子化表象
  5. 密度算符、密度矩阵、约化密度矩阵
  1. 【Piela】Ideas of Quantum Chemistry, Chapter 6
  2. Szabo&Ostlund, Chapter 2 
  3. [Parr&Yang], Chapter 2

第四章 Hartree-Fock理论

  1. Hartree-Fock方程推导
  2. Restricted and unrestricted HF
  3. Roothaan方程及其求解
  4. HF方法在化学中的应用及其局限性
  1. Szabo&Ostlund, Chapter 3
  2. More detailed discussion on basis sets.
  3. 关于Basis set superposition error以及counterpoise correction更详细的讨论。

第五章 相关波函数方法

  1. 组态相互作用
  2. 多体微扰理论
  3. 耦合簇方法
  4. 多参考态方法
  1. SzaboOstlund, Chapters 4, 5, 6
  2. [Piela] Chapter 10.
  3. R. J. Bartlett, and J. F. Stanton, Applications of Post-Hartree-Fock Methods: A Tutorial, Rev. Comput. Chem.  5, 65 (1994).
  4. More about Coupled-Cluster theory.
  5. More about CC

第六章 密度泛函理论

  1. Hohenberg-Kohn定理
  2. Kohn-Sham方程
  3. 交换关联泛函近似
  4. 含时密度泛函理论
  1. [Parr&Yang] Chapter 3,6,7
  2. R. O. Jones, Density functional theory: Its origins, rise to prominence, and future, Rev. Mod. Phys. 87, 897 (2015).
  3. A. Zangwill, A., The education of Walter Kohn and the creation of density functional theory, Arch. Hist. Exact Sci. 68, 775–84 (2014).
  4. A. Pribram-Jones, D. A. Gross and K. Burke, DFT: A Theory Full of Holes?, Annu. Rev. Phys. Chem. 66:283–304(2015).
  5. A. Becke, Fifty years of density-functional theory in chemical physics, J. Chem. Phys. 140, 18A301 (2014).
  6. K. Burke, Perspective on density functional theory, J. Chem. Phys., 136, 150901 (2012).
  7. A. J. Cohen, P. Mori-Sanchez, W. Yang, Challenges for Density Functional Theory, Chem. Rev. 112, 289 (2012).

参考教材

  1. [Szabo&Ostlund] A. Szabo and N. S. Ostlund, Modern Quantum Chemistry (Dover, 1996).
  2. [Piela] L. Piela, Ideas of Quantum Chemistry, 2nd Ed. (Elsevier, 2014).
  3. [Zhao&Jiang] 赵新生，蒋鸿，《中级物理化学（第二版）》，北京大学出版社.
  4. [Byron&Fuller] F. W. Byron, Jr. and R. W. Fuller, Mathematics of Classical and Quantum Physics，Dover (1992).
  5. [Jensen] F. Jensen, Introduction to Computation Chemistry (Wiley, 2007).
  6. [XLW] 徐光宪，黎乐民，王德民，《量子化学》.
  7. [HJO] Trygve Helgaker, Poul Jorgensen, Jeppe Olsen, Molecular Electronic-Structure Theory (Wiley, 2013).
  8. [Parr&Yang] R. G. Parr and Weitao Yang, Density-Functional Theory of Atoms and Molecules, Oxford University Press (1989).

在线资源

  1. Early Ideas in the History of Quantum Chemistry
  2. David Sherill's online notes on quantum chemistry
  3. Prof. Hardy Gross's lectures (videos) on Diagrammatic Many-Particle Methods in Chemistry