非絕熱動(dòng)力學(xué)涉及不同勢能面之間的（無輻射）躍遷，在新能源、新材料很多關(guān)鍵的分子過程中舉足輕重，比如新型太陽能電池中激子單重態(tài)裂變過程、電動(dòng)汽車動(dòng)力電池中電子耦合鋰離子擴(kuò)散過程等。發(fā)展針對(duì)復(fù)雜體系精確有效的非絕熱動(dòng)力學(xué)理論方法可以為研究材料體系相關(guān)過程的機(jī)理、構(gòu)建分子模型設(shè)計(jì)開發(fā)新能源材料奠定基礎(chǔ)。
精確有效的非絕熱動(dòng)力學(xué)理論要求自洽統(tǒng)一地處理原子核和電子耦合的量子動(dòng)力學(xué)，對(duì)于復(fù)雜材料體系進(jìn)行模擬運(yùn)算成本非常昂貴。目前廣泛應(yīng)用的主要有平均場（Ehrenfest）和勢能面遷越（surface hopping）等方法，但是由于方法本身的不自洽性，它們都無法準(zhǔn)確描述非絕熱動(dòng)力學(xué)中的量子相干，有時(shí)會(huì)給出不合理的結(jié)果。
在前期工作的基礎(chǔ)上, 新材料學(xué)院陶國華副教授近期開發(fā)了一種非絕熱動(dòng)力學(xué)新方法-相干控制方法[coherence-controlled]。該方法基于經(jīng)典電子態(tài)空間和全電子矩陣之間的映射以及分解態(tài)空間和不同類型核動(dòng)力學(xué)之間的映射，將相干區(qū)域?qū)?yīng)的平均場動(dòng)力學(xué)和單態(tài)區(qū)域?qū)?yīng)的玻恩-奧本海默動(dòng)力學(xué)統(tǒng)一起來描述原子的運(yùn)動(dòng)（見圖示），從而更好地處理核-電子耦合及量子相干。新方法應(yīng)用于非絕熱動(dòng)力學(xué)基準(zhǔn)測試模型得到與嚴(yán)格量子計(jì)算相吻合的結(jié)果。研究顯示該方法（尤其對(duì)于復(fù)雜體系）精確有效，具有優(yōu)異的數(shù)值穩(wěn)定性和實(shí)用性，目前在處理實(shí)際材料體系非絕熱動(dòng)力學(xué)過程的應(yīng)用中已取得初步成果。
相關(guān)工作近期發(fā)表在國際專業(yè)學(xué)術(shù)期刊 J. Chem. Phys. Lett. 上。此項(xiàng)工作得到了國家自然科學(xué)基金委的資助。
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).
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