【產(chǎn)通社，4月18日訊】中國科學院半導體研究所（Institute of Semiconductors Chinese Academy of Sciences, ISCAS）官網(wǎng)消息，其半導體超晶格國家重點實驗室李樹深院士的研究組近期在含時密度泛函理論（TDDFT）方面取得重要進展。該組成員博士生王峙與美國勞倫斯伯克利國家實驗室Lin-Wang Wang教授合作，成功將即時（real-time）含時密度泛函理論計算效率提升近千倍，從而使得對數(shù)百原子體系皮秒級動力學過程的非絕熱第一性原理計算成為可能。這一工作已發(fā)表于Phys. Rev. Lett. 114, 063004（2015），并被勞倫斯伯克利實驗室以Research Highlights進行了報導（http://newscenter.lbl.gov/2015/02/17/ultrafast-simulations/）。

近年來，動力學過程中的電子激發(fā)態(tài)及其導致的一系列新奇現(xiàn)象，譬如表面等離激元、超快磁場中的磁光克爾效應(yīng)，多次受到研究者的廣泛關(guān)注。傳統(tǒng)的靜態(tài)或絕熱計算方法，例如波恩-奧本海默近似下的第一性原理計算，無法描述系統(tǒng)的激發(fā)態(tài)性質(zhì)；而當體系中電-光或電-聲相互作用處于較強的含時外場下時，非絕熱的微擾法，例如線性微擾理論，也將失效。TDDFT作為一種可處理所有的含時間多粒子問題的理論，日益引起全球各研究組的關(guān)注。然而傳統(tǒng)TDDFT方法受制于其極短的時間步長（10^-2-100阿秒），雖然應(yīng)用面廣泛，但卻需耗費大量計算資源；線性響應(yīng)（linear response）TDDFT理論雖然可提供較高的計算速度，卻無法有效模擬諸如超快激光脈沖等非線性響應(yīng)過程，也無法給出諸如電荷轉(zhuǎn)移途徑等動力學過程細節(jié)。時至今日，對數(shù)百原子的皮秒級動力學過程進行即時TDDFT計算，依然是一項需耗費巨型計算機數(shù)百萬至數(shù)千萬小時計算資源的嚴峻挑戰(zhàn)。

在國家留學基金的資助下，博士生王峙與教授Lin-Wang Wang突破了傳統(tǒng)即時TDDFT理論的瓶頸，成功將其小于1阿秒的時間步長增加至0.2-0.5皮秒。他們提出的新方法以絕熱態(tài)基底展開及哈密頓量線性變化近似為核心，具有與傳統(tǒng)算法相同的精度高和應(yīng)用廣泛的優(yōu)點，效率卻比傳統(tǒng)方法高2-3個數(shù)量級，從而為TDDFT方法在大時間尺度及大空間尺寸方面的應(yīng)用開辟了一條嶄新的道路。

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