Fundamentals of Time-Dependent Density Functional Theory

در سال‌های اخیر، پیشرفت‌های چشمگیری در نظریه تابعی چگالی وابسته به زمان، هم در روشن کردن مبانی نظری بنیادی این نظریه و هم در الگوریتم‌ها و کاربردهای محاسباتی صورت گرفته است. این کتاب به‌عنوان جانشین کتاب بسیار موفق تئوری تابعی چگالی وابسته به زمان (Lect. Notes Phys. 706، 2006) برای اولین بار تمام پیشرفت‌های اخیر را به شیوه‌ای سیستماتیک و منسجم گرد هم می‌آورد.

ابتدا. یک ارائه آموزشی کامل از نظریه بنیادی ارائه می‌شود، جنبه‌هایی از اثبات‌ها و قضایای اصلی را روشن می‌کند، و همچنین پیشرفت‌های جدیدی را ارائه می‌کند که نظریه را به قلمروهای جدید گسترش می‌دهد - مانند اثبات‌های جایگزین قضیه اصلی رانگ-گراس، سیستم‌های کوانتومی باز. ، و نیروهای پراکندگی به نام چند. در مرحله بعد، تمام مفاهیم اساسی به صورت متوالی معرفی می شوند و در پیچیدگی ایجاد می شوند و در نهایت به سطح مسائل باز مورد علاقه می رسند. کاربردهای معاصر این نظریه، از دینامیک یون الکترون جفت شده در زمان واقعی، تا دینامیک حالت برانگیخته و حمل و نقل مولکولی مورد بحث قرار می گیرد. در نهایت، نویسندگان، پیشرفت‌های اخیر در پیاده‌سازی محاسباتی، از جمله معماری‌های موازی و واحدهای پردازش گرافیکی را معرفی و مرور می‌کنند. در ویرایش این جلد به عنوان یک کتاب درسی چند نویسنده، با پیروی از یک خط فکری منسجم، و ایجاد تمام ارتباطات مرتبط بین فصل‌ها و مفاهیم در سرتاسر، دقت خاصی صورت گرفته است. به این ترتیب ثابت خواهد شد که متن مرجع در این زمینه، هم برای مبتدیان و هم برای محققان و مدرسان متخصص که روش‌های مکانیک کوانتومی پیشرفته را برای مدل‌سازی سیستم‌های فیزیکی پیچیده، از مولکول‌ها تا نانوساختارها، از مجتمع‌های زیستی گرفته تا سطوح، جامدات و مایعات آموزش می‌دهند.

براساس بررسی‌های LNP 706:

"این یک متن به خوبی ساختار یافته است، با مجموعه‌ای متداول از نمادها و نمادها یک فهرست واحد جامع و به روز از منابع، به جای مجموعه ای از مقالات تحقیقاتی. به دلیل سازماندهی واضح آن، این کتاب می تواند توسط تازه کارها (دانش اولیه DFT حالت پایه فرض می شود) و کاربران با تجربه TD-DFT و همچنین توسعه دهندگان در این زمینه مورد استفاده قرار گیرد. (Anna I. Krylov, Journal of the American Chemical Society, Vol. 129 (21), 2007)

«این کتاب گنجینه ای از دانش است و من آن را به شدت توصیه می کنم. اگرچه این مجموعه ای از فصول نوشته شده توسط بسیاری از محققان برجسته مختلف است که در توسعه و کاربرد TDDFT دخیل هستند، مشارکت کنندگان بسیار دقت کرده اند تا مطمئن شوند که کتاب از نظر آموزشی معتبر است و فصل ها مکمل یکدیگر هستند [...]. این برای هر دانشجوی فارغ التحصیل شیمی یا فیزیک با پایه ای محکم در مکانیک کوانتومی با ذرات بسیار قابل دسترسی است و مایل به درک نظریه بنیادی و همچنین تعداد روزافزون برنامه های کاربردی است. [...] در هر صورت، مهم نیست که چه پیشینه ای دارید، خواندن آن ضروری است و یک مرجع عالی برای داشتن در قفسه است.»

Amazon.com، 15 اکتبر 2008، دیوید تمپل (کمبریج، MA)

There have been many significant advances in time-dependent density functional theory over recent years, both in enlightening the fundamental theoretical basis of the theory, as well as in computational algorithms and applications. This book, as successor to the highly successful volume Time-Dependent Density Functional Theory (Lect. Notes Phys. 706, 2006) brings together for the first time all recent developments in a systematic and coherent way.

First, a thorough pedagogical presentation of the fundamental theory is given, clarifying aspects of the original proofs and theorems, as well as presenting fresh developments that extend the theory into new realms—such as alternative proofs of the original Runge-Gross theorem, open quantum systems, and dispersion forces to name but a few. Next, all of the basic concepts are introduced sequentially and building in complexity, eventually reaching the level of open problems of interest. Contemporary applications of the theory are discussed, from real-time coupled-electron-ion dynamics, to excited-state dynamics and molecular transport. Last but not least, the authors introduce and review recent advances in computational implementation, including massively parallel architectures and graphical processing units. Special care has been taken in editing this volume as a multi-author textbook, following a coherent line of thought, and making all the relevant connections between chapters and concepts consistent throughout. As such it will prove to be the text of reference in this field, both for beginners as well as expert researchers and lecturers teaching advanced quantum mechanical methods to model complex physical systems, from molecules to nanostructures, from biocomplexes to surfaces, solids and liquids.

From the reviews of LNP 706:

“This is a well structured text, with a common set of notations and a single comprehensive and up-to-date list of references, rather than just a compilation of research articles. Because of its clear organization, the book can be used by novices (basic knowledge of ground-state DFT is assumed) and experienced users of TD-DFT, as well as developers in the field.” (Anna I. Krylov, Journal of the American Chemical Society, Vol. 129 (21), 2007)

“This book is a treasure of knowledge and I highly recommend it. Although it is a compilation of chapters written by many different leading researchers involved in development and application of TDDFT, the contributors have taken great care to make sure the book is pedagogically sound and the chapters complement each other [...]. It is highly accessible to any graduate student of chemistry or physics with a solid grounding in many-particle quantum mechanics, wishing to understand both the fundamental theory as well as the exponentially growing number of applications. [...] In any case, no matter what your background is, it is a must-read and an excellent reference to have on your shelf.”

Amazon.com, October 15, 2008, David Tempel (Cambridge, MA)