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陶国华课题组开发非绝热动力学理论方法取得新进展
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      非绝热动力学涉及不同势能面之间的(无辐射)跃迁,在新能源、新材料很多关键的分子过程中举足轻重,比如新型太阳能电池中激子单重态裂变过程、电动汽车动力电池中电子耦合锂离子扩散过程等。发展针对复杂体系精确有效的非绝热动力学理论方法可以为研究材料体系相关过程的机理、构建分子模型设计开发新能源材料奠定基础。

      精确有效的非绝热动力学理论要求自洽统一地处理原子核和电子耦合的量子动力学,对于复杂材料体系进行模拟运算成本非常昂贵。目前广泛应用的主要有平均场(Ehrenfest)和势能面迁越(surface hopping)等方法,但是由于方法本身的不自洽性,它们都无法准确描述非绝热动力学中的量子相干,有时会给出不合理的结果。

      在前期工作的基础上, 新材料学院陶国华副教授近期开发了一种非绝热动力学新方法-相干控制方法[coherence-controlled]。该方法基于经典电子态空间和全电子矩阵之间的映射以及分解态空间和不同类型核动力学之间的映射,将相干区域对应的平均场动力学和单态区域对应的玻恩-奥本海默动力学统一起来描述原子的运动(见图示),从而更好地处理核-电子耦合及量子相干。新方法应用于非绝热动力学基准测试模型得到与严格量子计算相吻合的结果。研究显示该方法(尤其对于复杂体系)精确有效,具有优异的数值稳定性和实用性,目前在处理实际材料体系非绝热动力学过程的应用中已取得初步成果。

      相关工作近期发表在国际专业学术期刊 J. Chem. Phys. Lett. 上。此项工作得到了国家自然科学基金委的资助。

 

Guohua Tao, “Coherence-Controlled Nonadiabatic Dynamics via State-Space Decomposition: A Consistent Way To Incorporate Ehrenfest and Born–Oppenheimer-Like Treatments of Nuclear Motion”, J. Phys. Chem. Lett., 2016, 7 (21), pp 4335–4339. (DOI: 10.1021/acs.jpclett.6b01857).

文章链接:http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jpclett.6b01857