第一性原理电子激发态性质计算的直接系综修正高效方法

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11804314
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    30.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2002.凝聚态物质力热光电性质
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

We published on Phys. Rev. Lett. in 2017 the direct ensemble correction (DEC), a new first-principle method for calculating excited-state properties of materials. The computational cost of DEC is two orders of magnitude smaller than time-dependent density-functional theory (TDDFT), the most widely used first-principle excited-state method. Despite its very low cost, the accuracy of the DEC method is higher than TDDFT in the atomic systems we tested. For the doubly excited states which are difficult to calculate in TDDFT, the DEC method can be applied to them without the need of special treatment. Even though the DEC method has the aforementioned advantages, we only studied in our PRL the DEC method for calculating excitation energies in atoms, and further research is needed for the DEC to become a general method. In this project, we will generalize the DEC method to molecular and solid systems, further improve its accuracy, and develop DEC methods for other excited-state properties. The purpose of this project is to generalize DEC to become the method-of-choice for the calculation of excited-state properties, whose computational efficiency and accuracy are significantly better than existing first-principle methods. To demonstrate the capability of the DEC method, we will apply DEC to the study of intense laser non-sequential ionization, which lacks suitable first-principle computational method.
我们于2017年在Phys. Rev. Lett.上发表了一种新的第一性原理电子激发态性质计算方法Direct ensemble correction(DEC),它的计算量比目前常用的TDDFT小两个数量级,但计算精度却好于TDDFT,且不需特殊处理就能对TDDFT难以计算的双电子激发态进行计算。尽管DEC有上述优势,但我们的PRL中只对原子体系的激发能计算DEC方法进行了研究,还需进行后续研究工作才能让DEC成为一种通用的方法。本项目将把DEC推广到分子和固体体系并进一步提高计算精度,研究其他激发态性质的DEC方法,最终得到一个计算效率和精度较现有第一性原理激发态性质方法有大幅提升的激发态性质计算通用方法。作为DEC方法能力的演示,我们将在强激光非时序电离问题上应用DEC方法解决这些目前缺乏合适第一性原理激发态计算研究方法的问题。

结项摘要

在本项目中,我们开展了材料性质第一性原理计算的方法学研究,发展了相比现有方法在精确度、计算复杂度、应用范围等方面更具优势的新方法,为材料的原子级计算仿真提供了更好的工具。我们扩展了我们之前发表的材料激发态性质计算的直接系综修正方法,推导得到了二阶微扰系综关联能近似泛函,提高了双电子激发和电荷转移激发态等在主流的含时密度泛函理论(TDDFT)中难以处理的激发态的计算精确度,且计算复杂度仍然优于线性响应TDDFT。我们为较大尺寸体系的精确高效计算提出了一种自适应第一性原理/分子力学耦合方法(QM/MM) mod-SISPA,能够根据给定活性位点自动进行区域分划而不需手动指定,并能解决现有自适应QM/MM方法难以处理共价键体系的问题。我们为自适应QM/MM方法提出了AC-AP/SDAC-AP自适应区域分划算法,能够自动根据用户指定的判据找到体系中的活性位点并进行相应区域分划,从而解决了现有所有QM/MM方法难以处理活性位点在仿真计算过程中产生/消失/变化的问题,且与大部分现有自适应QM/MM方法兼容,大幅扩展了方法的应用范围。我们为这些方法自行开发了计算仿真软件并获得了软件著作权,并针对硅材料辐射位移损伤过程进行了应用研究。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Extending scaled-interaction adaptive-partitioning QM/MM to covalently bonded systems
将缩放交互自适应分区 QM/MM 扩展到共价键合系统
  • DOI:
    10.1039/d0cp02855j
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Physical Chemistry Chemical Physics
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Yang Zeng-hui
  • 通讯作者:
    Yang Zeng-hui
Speed-dependent adaptive partitioning in QM/MM MD simulations of displacement damage in solid-state systems
固态系统位移损伤 QM/MM MD 模拟中的速度相关自适应划分
  • DOI:
    10.1039/d0cp05149g
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Physical Chemistry Chemical Physics
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Yang Zeng-hui
  • 通讯作者:
    Yang Zeng-hui
Second-order perturbative correlation energy functional in the ensemble density-functional theory
系综密度泛函理论中的二阶微扰相关能量泛函
  • DOI:
    10.1103/physreva.104.052806
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Physical Review A
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Yang Zeng-hui
  • 通讯作者:
    Yang Zeng-hui
On-the-fly determination of active region centers in adaptive-partitioning QM/MM
自适应分区 QM/MM 中活动区域中心的动态确定
  • DOI:
    10.1039/d0cp03034a
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Physical Chemistry Chemical Physics
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Yang Zeng-hui
  • 通讯作者:
    Yang Zeng-hui

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其他文献

不同分子量和交联密度对形状记忆聚酰亚胺摩擦学性能的影响机制研究
  • DOI:
    10.16078/j.tribology.2019043
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    摩擦学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李霄;杨增辉;段春俭;王廷梅;王齐华;张新瑞
  • 通讯作者:
    张新瑞
CD-GF型钻井球阀阀体的力学特性分析
  • DOI:
    10.1039/c9tb00937j
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    宋顺平
几种高阶收敛的Levenberg-Marquardt方法在潮流计算中的应用
  • DOI:
    10.13335/j.1000-3673.pst.2016.1571
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    电网技术
  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    冯楠
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨增辉;王云峰;李明;浦绍选;杜文平;张晓蝶
  • 通讯作者:
    张晓蝶
基于二叉决策树的肿瘤数据分类算法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
  • 影响因子:
    4.8
  • 作者:
    杨增辉;杨志霞
  • 通讯作者:
    杨志霞

其他文献

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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

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          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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