确定矿物的组分、微观结构及物理性质是矿物学研究的基本任务，对地球物理学、地球化学等相关学科具有基础性意义。本课程由基础理论、 计算方法以及地学应用三部分组成。首先介绍晶体结构、电子能带理论、弹性性质、晶格动力学、结构相变等矿物物理学的基础理论、然后结合上机实习讲授第一性原理计算以及分子动力学模拟。最后介绍如何基于矿物物理学的基本理论和计算模拟方法，研究地幔矿物及地核的物理性质。通过本课程的讲授，让从事高温高压矿物学、地球内部物理学、地球化学研究的学生掌握矿物物理的基本原理，深入理解相关的物理概念，进而能通过计算机模拟确定常用的矿物物性参数，包括弹性系数、晶格振动谱、热状态方程等，为今后开展前沿性的矿物学研究打下基础。

0.	绪论(1学时)
0.1	矿物物理学的研究内容; 与其它地球科学分支的关系
0.2	矿物物理学的研究现状(实验及理论)
0.3	教学内容及要求
1.	矿物的晶体结构及X射线衍射分析  (11学时)
教学重点：矿物的晶体结构由空间群来描述，通常采用X射线衍射分析来确定。 通过典型矿物的实例分析，让学生理解空间群的基本概念，并掌握X射线衍射的物理原理。所引入的倒易空间这一概念是理解电子能带结构、声子谱等后续内容的基础, 将给予强调。
1.1	晶体结构(1学时)
1.2	点群操作(2学时)
1.3	空间群(4学时) 
1.4	倒易空间的定义, Fourier变换(1学时)
1.5	衍射理论基础(2学时)
1.6	确定晶体结构的一般步骤(1学时) 
2.	矿物的电子结构 (6学时)
教学重点：掌握基本的电子结构理论，为学习第一性原理计算方法打好基础。
2.1	电子结构对矿物物理性质的影响(1学时)
2.2	电子结构理论基础(5学时)
3.	矿物的弹性性质(8学时)
教学重点：弹性性质描述了矿物对应力(压强)的响应。从矿物的弹性波速出发，可以从矿物学角度解释地震波观测现象。要求学生理解晶体对称性对弹性性质的影响，掌握弹性系数的计算方法，并能从弹性系数出发确定弹性波的各向异性及平均。
3.1	有限应变理论、Birch-Murnaghan状态方程, Vinet状态方程(2学时)
3.2	张量及晶体各向异性(2学时)
3.3	晶体弹性系数的对称性分析(2学时)
3.4	弹性波的各向异性及平均(2学时)
4.	矿物的晶格振动(6学时)
教学重点：晶格振动是描述矿物在有限温度下物理性质的基础。讲述晶格振动谱的物理意义，实验测量及理论计算方法。介绍如何从晶格振动谱出发，确定矿物的热力学性质、热状态方程、同位素分馏系数等。
4.1	Debye模型(2学时)
4.2	晶格动力学理论基础(2学时)
4.3	晶格振动谱的应用(2学时)
5.	矿物的第一性原理计算(8学时)
教学重点：第一性原理电子结构计算正在矿物物理学研究中发挥越来越大的作用。并以Quantum Espresso这一在计算矿物领域广泛实用的免费软件为例，介绍第一性原理计算的基本步骤。
5.1	密度泛函理论(2学时)
5.2	电子能带结构计算, 晶体结构优化(2学时)
5.3	弹性系数的计算方法(2学时)
5.4	声子频率的第一性原理计算(2学时)
期中考试
6.	矿物的相变(8学时)
教学重点：在介绍矿物相变物理机制的基础上，重点介绍利用第一性原理模拟预测矿物的方法；介绍矿物热力学建模方法，以及利用相关模型预测相图的计算方法。
6.1	矿物相变与预测方法（4学时）
6.2	状态方程与相图计算（4学时）
6.3	应用实例与计算模拟实践（2学时）
7.	矿物的分子动力学模拟(8学时)
教学重点：经典分子动力学模拟是研究矿物的基本方法之一。重点介绍利用分子动力学模拟开展“计算机实验”的基本原理和实践操作。
7.1	分子动力学模拟的原理（2学时）
7.2	运行分子动力学模拟软件（3学时）
7.3	分析分子动力学模拟轨迹（3学时）
8.	地幔矿物的物理性质(8学时)
教学重点: 地幔矿物组成及其性质一直都是矿物物理研究领域的前沿。重点介绍典型地幔矿物的结构、热力学性质，介绍如何综合高温高压实验与分子模拟结果、利用热力学模型、结合地震观测数据估计地幔矿物成分。
8.1	上地幔典型矿物及其性质（2学时）
8.2	下地幔典型矿物及其性质（2学时）
8.3	热力学建模与地幔矿物成分分析（2学时）
8.4	计算模拟实践（2学时）
9.	地核的物理性质(8学时)
教学重点:地核位于地球最内部，没有样品，研究难度极大。地核研究意义重大，是探索整个地球演化的关键。研究地核的关键在于精确获得高温高压下铁的性质，第一原理分子动力学在这方面起到了重要作用。
9.1	铁的密度（2学时）
9.2	铁的熔化（2学时）
9.3	铁的粘滞度（2学时）
9.4	铁的热导率（2学时）

期末考试

教学手段与方法：（1）课堂讲授为主，讲授中配有板书和ppt演示，帮助学生理解相关内容；（2）课时内适度安排讨论，加强教学师生间的互动，（3）布置课外作业和文献阅读。
考核方式： 期中闭卷考试×20﹪＋期末闭卷考试×40﹪+日常课外作业×10﹪+课程项目(30%)=满分

Mineral physics
Introduction to Lattice Dynamics, M. T. Dove, Cambridge Univ. Press, 1993
Physics and Chemistry of Earth Materials, A. Navrotsky，Cambridge Univ. Press, 1994
Theoretical and Computational Methods in Mineral Physics: Geophysical Applications， Rev. Mineral. Geochem., 2010.
Physics and Chemistry of the Deep Earth, S.-I Karato, Wiley, 2013

Solid state physics
Introduction to Solid State Physics, C. Kittel, Wiley, 2013
Solid-State Physics, an introduction to principles of materials science, H.Ibach and H. Luth, Springer, 2009  


First principles simulations
Density functional theory: A practical introduction. D. S. Sholl and J. A. Steckel, Wiley, 2009
Atomistic Computer Simulations, V. Brazdova and D. R. Bowler, Wiley, 2013

Molecular dynamics
Computer Simulation of Liquids, M. P. Allen and D. J. Tildesley, Oxford, 1987
Molecular Dynamics Simulation: Elementary methods. J.M. Haile, Wiley, 1997

Phase transitions
相图理论及其应用, 王崇琳，高等教育出版社
Modern Methods of Crystal Structure Prediction, A.R. Oganov, Wiley-VCH, 2010