Abstract | 在化学、物理、生物和材料等领域，很多重要的动力学过程都属于非绝热动力学的范畴，目前理论与计算化学中广泛使用混合量子-经典动力学方法进行研究。特别地，电子和激子长程动力学涉及大量电子态和振动自由度，需要正确刻画复杂的量子退相干和势能面交叉才能进行研究。我们提出了一系列理论方法，其中基于轨线分叉的退相干方法系统提高了非绝热动力学的模拟精度，不显含非绝热耦合的面跳跃方法大幅提升了模拟效率，开发了大尺度非绝热动力学的普适模拟软件SPADE，成功实现了任意电子耦合强度下百万级电子态的动力学模拟[1]。结合瓦里尔分析和机器学习，我们提出了电子结构的分而治之计算方法，并用于研究了含数万原子的石墨烯纳米带中的电荷传输，揭示了瞬间离域化和瞬间局域化机制[2]。我们还研究了量子点到聚合物的电子转移过程，发现有机和无机组分的极化子和熵效应差异会显著加快动力学，甚至出现跨越高达0.5 eV势垒的反常界面电荷转移，是导致绿光和蓝光量子点发光二极管电子泄露的关键机制[3]。我们发现分子间电子耦合的相位可以显著改变分子固体的载流子迁移率，甚至将跳跃传输转变为能带传输[4]。这些研究为系统理解复杂体系的本征动力学性质打下基础。 [1] Qiu, J, Lu, Y, Wang, L, Multilayer Subsystem Surface Hopping Method for Large-Scale Nonadiabatic Dynamics Simulation with Hundreds of Thousands of States, J. Chem. Theory Comput. 2022, 18, 2803. [2] Wang, Z, Dong, J, Qiu, J, Wang, L, All-Atom Nonadiabatic Dynamics Simulation of Hybrid Graphene Nanoribbons Based on Wannier Analysis and Machine Learning, ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 22929. [3] Deng, Y, Peng, F, Lu, Y, Zhu, X, Jin, W, Qiu, J, Dong, J, Hao, Y, Di, D, Gao, Y, Sun, T, Zhang, M, Liu, F, Wang, L, Ying, L, Huang, F, Jin, Y, Solution-Processed Green and Blue Quantum-Dot Light-Emitting Diodes with Eliminated Charge Leakage, Nat. Photonics 2022, 16, 505. [4] Wang, Z, Dong, J, Wang, L, Large-Scale Surface Hopping Simulation of Charge Transport in Hexagonal Molecular Crystals: Role of Electronic Coupling Signs, J. Phys.: Condens. Matter 2023, 35, 345401. |
