量子化学

课程简介

研究生必修课/本科生选修（48课时），2020年春季学期：周二（单周）5-6节，周四5-6节（13:00 - 15:50)，理教402。
考试方式：习题（30分）+上机实习/小课题（20分）+ 期末考试（50分）。
课后答疑/讨论：每周三 下午 2：00 - 5：00，方正大楼313

课程内容

引言（1学时）

第一章 数学基础（6学时）课后习题

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

课外阅读：

1. 《中级物理化学》第一章
2. Szabo and Ostlund, Chapter 1.

第二章 量子力学基础（6学时）课后习题

量子力学基本假设

微扰论

变分方法

课外阅读：

1. 《中级物理化学》第二章，第六章（6.3-6.5）

第三章 多电子问题概论 课后习题

1. 电子-原子核运动分离：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

课外阅读：

1. Ideas of Quantum Chemistry, Chapter 6
2. Szabo&Ostlund, Chapter 2 
3. [Parr&Yang], Chapter 2

第四章 Hartree-Fock理论 课后习题

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

课外阅读：

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 （Correlated Wavefunction Approaches）课后习题

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

课外阅读：

1. Szabo&Ostlund, 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. Thomas-Fermi理论
2. Hohenberg-Kohn定理
3. Kohn-Sham方程
4. 交换关联泛函近似
5. 含时密度泛函理论

课外阅读：

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. H. S. Yu, S. L. Li and D. G. Truhlar, Kohn-Sham density functional theory descending a staircase, J. Chem. Phys. 145, 130901 (2016).
5. A. Pribram-Jones, D. A. Gross and K. Burke, DFT: A Theory Full of Holes?, Annu. Rev. Phys. Chem. 66:283–304(2015).
6. A. Becke, Fifty years of density-functional theory in chemical physics, J. Chem. Phys. 140, 18A301 (2014).
7. K. Burke, Perspective on density functional theory, J. Chem. Phys., 136, 150901 (2012).
8. A. J. Cohen, P. Mori-Sanchez, W. Yang, Challenges for Density Functional Theory, Chem. Rev. 112, 289 (2012).
9. Jones, R. O., and O. Gunnarsson, The density functional formalism, its applications and prospects, Rev. Mod. Phys. 61, 689–746 (1989).

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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).