基于多参考态组态相互作用的自旋-轨道耦合计算方法和程序实现

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21673174
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0301.化学理论与方法
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Relativistic effect and electron correlation are two important issues in electronic structure theory. This project will develop a new program package to calculate spin-orbit coupling effect using multi-reference configuration interaction (MRCI) and its approximated methods such as internally contracted MRCI (icMRCI) and multi-reference second order perturbation theory (MRPT2). Firstly, the integral-graphic hybrid driven technique will be employed to develop a highly efficient icMRCI algorithm. A parallel icMRCI program will be developed to improve the computational efficiency further. Also, MRCI will be applied in newly introduced electron-nuclear general mean field configuration interaction (EN-GMFCI) theory. Then, the sf-X2C+so-DKHn Hamiltonian will be used to treat the relativistic effect; the state interaction scheme will be used based on MRCI/icMRCI/MPRT2 to calculate SOC effect in a perturbative manner. The graphic unitary group approach will be employed to calculate SOC matrix element. Finally, a new SOC-MRCI/icMRCI algorithm will be introduced to include SOC effect variationally. A spin-orbit coupling MRCI program package will be developed that can be used not only in weak relativistic system such as organic molecules but also in strong relativistic system such as compounds with heavy 5p and 6p elements.
相对论效应和电子相关是电子结构理论研究的两个基本问题。本项目致力于研究基于精确MRCI和近似MRCI方法如内收缩的MRCI、MRPT2等的自旋轨道耦合(SOC)计算方法和程序,从而在不同层次来考虑SOC效应。首先,通过积分-图形混合驱动和并行化提高现有内收缩MRCI的计算效率,并将MRCI用于电子-原子核广义平均场组态相互作用理论(EN-GMFCI);其次,基于sf-X2C+so-DKHn自旋分离的哈密顿,发展利用MRCI/icMRCI/MRPT2波函数的态-态相互作用微扰计算SOC效应的程序,图形酉群理论将被用以计算SOC矩阵元;最后,研究在MRCI级别变分包含SOC效应的SOC-MRCI/icMRCI算法和程序。最终形成一个适用于从弱相对论效应的有机分子到强相对论效应5p、6p重元素体系的基于MRCI的自旋轨道耦合计算程序包。

结项摘要

电子相关与相对论效应是精确的量子化学计算中的两个重要问题,在分子光谱、分子激发态过程及自旋翻转的化学反应研究中至关重要。多组态电子相关理论如多组态自洽场(Multi-configurational self-consistent field -- MCSCF)及多参考态组态相互作用(multi-reference configuration interaction -- MRCI)是处理化学中强关联体系电子相关的有效方法。对于相对论效应,常常先对哈密顿进行自旋分离,利用自旋独立(Spin-Free --SF)的哈密顿考虑相对论效应,再利用自旋轨道耦合(Spin-orbital coupling -- SOC)处理自旋部分的贡献。本项目将多组态方法与SF+SOC方法相结合,发展了基于多组态波函数的相对论量子化学计算理论及程序。首先,利用空穴-粒子对称的图形酉群方法(hole-particle symmetry in graphical unitary group approach – HP-GUGA)带来的对组态空间分类的优势,提出了灵活多收缩的MRCI计算方法并开发了计算程序;其次,发展了在U(n)群框架下计算自旋轨道耦合矩阵元的理论,导出了计算SOC矩阵元的工作方程;再次,推导了HP-GUGA方法中SOC计算所需的片段因子,并基于此实现了完全活性空间组态相互作用(complete active space configuration interaction -- CASCI)和MRCI波函数自旋轨道耦合计算程序;最后,项目还探索了非波恩-奥本海默近似框架下的相关能计算问题,发展了电子-原子核广义平均场方法(Electron-nuclear general mean field)及广义平均场组态相互作用(General mean field configuration interaction - GMF-CI),并给出了分子体系中原子核-电子、原子核-原子核的相关能的定义。本项目的发展的软件已经集成国产量子化学软件包BDF与Xi’an-CI中。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Unraveling the Emission Mechanism of Radical-Based Organic Light-Emitting Diodes
揭示自由基有机发光二极管的发射机制
  • DOI:
    10.1039/d2nr03791b
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Physical Chemistry Letters
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    He Chuhuan;Li Zhendong;Lei Yibo;Zou Wenli;Suo Bingbing
  • 通讯作者:
    Suo Bingbing
第一性原理研究O和S掺杂的石墨相氮化碳(g-C_3N_4)_6量子点电子结构和光吸收性质
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    翟顺成;郭平;郑继明;赵普举;索兵兵;万云
  • 通讯作者:
    万云
Electronic Structure of OsSi Calculated by MS-NEVPT2 with Inclusion of the Relativistic Effects
利用 MS-NEVPT2 计算包含相对论效应的 OsSi 电子结构
  • DOI:
    10.1021/acs.jpca.8b00825
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Physical Chemistry A
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Suo Bingbing;Lian Yongqin;Zou Wenli;Lei Yibo
  • 通讯作者:
    Lei Yibo
Theoretical Study of Low-Lying Omega Electronic States of PtH and PtH+
PtH和PtH低位Omega电子态的理论研究
  • DOI:
    10.1021/acs.jpca.7b03050
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Journal of Physical Chemistry A
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Shen Kaiyuan;Suo Bingbing;Zou Wenli
  • 通讯作者:
    Zou Wenli
Development of Xi'an-CI package - applying the hole-particle symmetry in multi-reference electronic correlation calculations
  • DOI:
    10.1080/00268976.2018.1441464
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Molecular Physics
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Suo Bingbing;Lei Yibo;Han Huixian;Wang Yubin
  • 通讯作者:
    Wang Yubin

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其他文献

空穴-粒子对称的图形酉群方法在多参考态组态相互作用中的应用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    中国科学:化学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    索兵兵;雷依波;王育彬;文振翼
  • 通讯作者:
    文振翼
基于空穴-粒子对偶的内收缩多参考态二级微扰理论
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    中国科学:化学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    雷依波;宋齐;索兵兵;王育彬;文振翼
  • 通讯作者:
    文振翼
基于空穴-粒子对偶的内收缩多参考态二级微扰理论
  • DOI:
    10.3389/fpsyg.2021.588571
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    中国科学:化学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    宋齐;索兵兵;王育彬;文振翼
  • 通讯作者:
    文振翼
Involvement of Excited State i
激发态 i 的参与
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    雷依波;索兵兵;李安阳;豆育升
  • 通讯作者:
    豆育升
The potential energy curves of
的势能曲线
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    韩慧仙;索兵兵;姜振益;王育彬
  • 通讯作者:
    王育彬

其他文献

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索兵兵的其他基金

解析-数值积分混合的Fock-Like矩阵算法及在BDF程序中的应用
  • 批准号:
    21873077
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    65.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于局域分子轨道的高效多组态自洽场方法及程序
  • 批准号:
    21203147
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
过渡金属化合物光谱的理论研究
  • 批准号:
    10747006
  • 批准年份:
    2007
  • 资助金额:
    10.0 万元
  • 项目类别:
    专项基金项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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