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基于原子轨道基的实时密度泛函理论:方法及应用

关梦雪 廉超 孟胜

基于原子轨道基的实时密度泛函理论:方法及应用

关梦雪, 廉超, 孟胜
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  • 实时密度泛函理论是基于含时Kohn-Sham方程,从实空间实时模拟材料激发态性质的第一性原理计算方法.本文介绍如何利用基于数值原子轨道基的含时密度泛函理论和软件TDAP(Time Dependent Ab initio Package),研究凝聚态物质与光场之间的相互作用.通过引入电磁场的长度规范和速度规范,该方法的适用范围从低维结构拓展到固体材料,且不受微扰论的限制,实现了对大规模、真实凝聚态体系的动力学性质的精确模拟.文中以几个有代表性的工作为例,说明该方法对于研究量子系统中新奇的超快量子动力学现象有着广泛的应用前景.
      通信作者: 孟胜, smeng@iphy.ac.cn
    • 基金项目: 国家重点研发计划(批准号:2016YFA0300902)、国家重点基础研究发展计划(批准号:2015CB921001)和国家自然科学基金(批准号:11774396,11474328)资助的课题.
    [1]

    Runge E, Gross E K 1984 Phys. Rev. Lett. 52 997

    [2]

    Ullrich C A 2011 Time-Dependent Density-Functional Theory:Concepts And Applications (Oxford:Oxford University Press)

    [3]

    Sato S, Yabana K, Shinohara Y, Otobe T, Lee K M, Bertsch G 2015 Phys. Rev. B 92 205413

    [4]

    Takimoto Y, Vila F, Rehr J 2007 J. Chem. Phys. 127 154114

    [5]

    Snchez-Portal D, Hernandez E 2002 Phys. Rev. B 66 235415

    [6]

    Lopata K, Govind N 2011 J. Chem. Theory Comput. 7 1344

    [7]

    Yabana K, Sugiyama T, Shinohara Y, Otobe T, Bertsch G 2012 Phys. Rev. B 85 045134

    [8]

    Castro A, Werschnik J, Gross E K 2012 Phys. Rev. Lett. 109 153603

    [9]

    Yost D C, Yao Y, Kanai Y 2017 Phys. Rev. B 96 115134

    [10]

    Andrade X, Strubbe D, de Giovannini U, Larsen A H, Oliveira M J, Alberdi-Rodriguez J, Varas A, Theophilou I, Helbig N, Verstraete M J 2015 Phys. Chem. Chem. Phys. 17 31371

    [11]

    Sato S A, Yabana K 2014 J. Adv. Simulat. Sci. Eng. 1 98

    [12]

    Meng S, Kaxiras E 2008 J. Chem. Phys. 129 054110

    [13]

    Ma W, Zhang J, Yan L, Jiao Y, Gao Y, Meng S 2016 Comp. Mater. Sci. 112 478

    [14]

    Soler J M, Artacho E, Gale J D, Garca A, Junquera J, Ordejn P, Snchez-Portal D 2002 J. Phys. Condens. Matter 14 2745

    [15]

    Ordejn P, Artacho E, Soler J M 1996 Phys. Rev. B 53 R10441

    [16]

    Yabana K, Nakatsukasa T, Iwata J I, Bertsch G 2006 Phys. Status Solidi (b) 243 1121

    [17]

    Wang Z, Li S S, Wang L W 2015 Phys. Rev. Lett. 114 063004

    [18]

    Ren J, Vukmirović N, Wang L W 2013 Phys. Rev. B 87 205117

    [19]

    Ren J, Kaxiras E, Meng S 2010 Mol. Phys. 108 1829

    [20]

    Rohringer N, Peter S, Burgdrfer J 2006 Phys. Rev. A 74 042512

    [21]

    Son Y W, Cohen M L, Louie S G 2006 Phys. Rev. Lett. 97 216803

    [22]

    Yang L, Park C H, Son Y W, Cohen M L, Louie S G 2007 Phys. Rev. Lett. 99 186801

    [23]

    Yan H, Li X, Chandra B, Tulevski G, Wu Y, Freitag M, Zhu W, Avouris P, Xia F 2012 Nat. Nanotech. 7 330

    [24]

    Ju L, Geng B, Horng J, Girit C, Martin M, Hao Z, Bechtel H A, Liang X, Zettl A, Shen Y R 2011 Nat. Nanotech. 6 630

    [25]

    Yang L, Deslippe J, Park C H, Cohen M L, Louie S G 2009 Phys. Rev. Lett. 103 186802

    [26]

    Trevisanutto P E, Holzmann M, Ct M, Olevano V 2010 Phys. Rev. B 81 121405

    [27]

    Gomez C V, Pisarra M, Gravina M, Pitarke J M, Sindona A 2016 Phys. Rev. Lett. 117 116801

    [28]

    Ostrikov K K, Beg F, Ng A 2016 Rev. Mod. Phys. 88 011001

    [29]

    Shank C, Yen R, Hirlimann C 1983 Phys. Rev. Lett. 50 454

    [30]

    Harb M, Ernstorfer R, Hebeisen C T, Sciaini G, Peng W, Dartigalongue T, Eriksson M A, Lagally M G, Kruglik S G, Miller R D 2008 Phys. Rev. Lett. 100 155504

    [31]

    Sokolowski-Tinten K, Blome C, Dietrich C, Tarasevitch A, von Hoegen M H, von der Linde D, Cavalleri A, Squier J, Kammler M 2001 Phys. Rev. Lett. 87 225701

    [32]

    Porer M, Leierseder U, Mnard J M, Dachraoui H, Mouchliadis L, Perakis I, Heinzmann U, Demsar J, Rossnagel K, Huber R 2014 Nat. Mater. 13 857

    [33]

    Hellmann S, Beye M, Sohrt C, Rohwer T, Sorgenfrei F, Redlin H, Kallne M, Marczynski-Bhlow M, Hennies F, Bauer M 2010 Phys. Rev. Lett. 105 187401

    [34]

    Lian C, Zhang S, Meng S 2016 Phys. Rev. B 94 184310

    [35]

    Zijlstra E S, Kalitsov A, Zier T, Garcia M E 2013 Phys. Rev. X 3 011005

    [36]

    Falke S M, Rozzi C A, Brida D, Maiuri M, Amato M, Sommer E, de Sio A, Rubio A, Cerullo G, Molinari E 2014 Science 344 1001

    [37]

    Rozzi C A, Falke S M, Spallanzani N, Rubio A, Molinari E, Brida D, Maiuri M, Cerullo G, Schramm H, Christoffers J 2013 Nat. Commun. 4 1602

    [38]

    Zhang J, Hong H, Lian C, Ma W, Xu X, Zhou X, Fu H, Liu K, Meng S 2017 Adv. Sci. 4 1700086

    [39]

    van der Zande A M, Kunstmann J, Chernikov A, Chenet D A, You Y, Zhang X, Huang P Y, Berkelbach T C, Wang L, Zhang F 2014 Nano Lett. 14 3869

    [40]

    Long R, Prezhdo O V 2016 Nano Lett. 16 1996

    [41]

    Ndabashimiye G, Ghimire S, Wu M, Browne D A, Schafer K J, Gaarde M B, Reis D A 2016 Nature 534 520

    [42]

    Luu T T, Garg M, Kruchinin S Y, Moulet A, Hassan M T, Goulielmakis E 2015 Nature 521 498

    [43]

    Vampa G, Hammond T J, Thire N, Schmidt B E, Legare F, McDonald C R, Brabec T, Corkum P B 2015 Nature 522 462

    [44]

    Liu H, Li Y, You Y S, Ghimire S, Heinz T F, Reis D A 2016 Nat. Phys. 13 262

    [45]

    Li J B, Zhang X, Yue S J, Wu H M, Hu B T, Du H C 2017 Opt. Express 25 18603

    [46]

    Shiner A D, Trallero-Herrero C, Kajumba N, Bandulet H C, Comtois D, Legare F, Giguere M, Kieffer J C, Corkum P B, Villeneuve D M 2009 Phys. Rev. Lett. 103 073902

  • [1]

    Runge E, Gross E K 1984 Phys. Rev. Lett. 52 997

    [2]

    Ullrich C A 2011 Time-Dependent Density-Functional Theory:Concepts And Applications (Oxford:Oxford University Press)

    [3]

    Sato S, Yabana K, Shinohara Y, Otobe T, Lee K M, Bertsch G 2015 Phys. Rev. B 92 205413

    [4]

    Takimoto Y, Vila F, Rehr J 2007 J. Chem. Phys. 127 154114

    [5]

    Snchez-Portal D, Hernandez E 2002 Phys. Rev. B 66 235415

    [6]

    Lopata K, Govind N 2011 J. Chem. Theory Comput. 7 1344

    [7]

    Yabana K, Sugiyama T, Shinohara Y, Otobe T, Bertsch G 2012 Phys. Rev. B 85 045134

    [8]

    Castro A, Werschnik J, Gross E K 2012 Phys. Rev. Lett. 109 153603

    [9]

    Yost D C, Yao Y, Kanai Y 2017 Phys. Rev. B 96 115134

    [10]

    Andrade X, Strubbe D, de Giovannini U, Larsen A H, Oliveira M J, Alberdi-Rodriguez J, Varas A, Theophilou I, Helbig N, Verstraete M J 2015 Phys. Chem. Chem. Phys. 17 31371

    [11]

    Sato S A, Yabana K 2014 J. Adv. Simulat. Sci. Eng. 1 98

    [12]

    Meng S, Kaxiras E 2008 J. Chem. Phys. 129 054110

    [13]

    Ma W, Zhang J, Yan L, Jiao Y, Gao Y, Meng S 2016 Comp. Mater. Sci. 112 478

    [14]

    Soler J M, Artacho E, Gale J D, Garca A, Junquera J, Ordejn P, Snchez-Portal D 2002 J. Phys. Condens. Matter 14 2745

    [15]

    Ordejn P, Artacho E, Soler J M 1996 Phys. Rev. B 53 R10441

    [16]

    Yabana K, Nakatsukasa T, Iwata J I, Bertsch G 2006 Phys. Status Solidi (b) 243 1121

    [17]

    Wang Z, Li S S, Wang L W 2015 Phys. Rev. Lett. 114 063004

    [18]

    Ren J, Vukmirović N, Wang L W 2013 Phys. Rev. B 87 205117

    [19]

    Ren J, Kaxiras E, Meng S 2010 Mol. Phys. 108 1829

    [20]

    Rohringer N, Peter S, Burgdrfer J 2006 Phys. Rev. A 74 042512

    [21]

    Son Y W, Cohen M L, Louie S G 2006 Phys. Rev. Lett. 97 216803

    [22]

    Yang L, Park C H, Son Y W, Cohen M L, Louie S G 2007 Phys. Rev. Lett. 99 186801

    [23]

    Yan H, Li X, Chandra B, Tulevski G, Wu Y, Freitag M, Zhu W, Avouris P, Xia F 2012 Nat. Nanotech. 7 330

    [24]

    Ju L, Geng B, Horng J, Girit C, Martin M, Hao Z, Bechtel H A, Liang X, Zettl A, Shen Y R 2011 Nat. Nanotech. 6 630

    [25]

    Yang L, Deslippe J, Park C H, Cohen M L, Louie S G 2009 Phys. Rev. Lett. 103 186802

    [26]

    Trevisanutto P E, Holzmann M, Ct M, Olevano V 2010 Phys. Rev. B 81 121405

    [27]

    Gomez C V, Pisarra M, Gravina M, Pitarke J M, Sindona A 2016 Phys. Rev. Lett. 117 116801

    [28]

    Ostrikov K K, Beg F, Ng A 2016 Rev. Mod. Phys. 88 011001

    [29]

    Shank C, Yen R, Hirlimann C 1983 Phys. Rev. Lett. 50 454

    [30]

    Harb M, Ernstorfer R, Hebeisen C T, Sciaini G, Peng W, Dartigalongue T, Eriksson M A, Lagally M G, Kruglik S G, Miller R D 2008 Phys. Rev. Lett. 100 155504

    [31]

    Sokolowski-Tinten K, Blome C, Dietrich C, Tarasevitch A, von Hoegen M H, von der Linde D, Cavalleri A, Squier J, Kammler M 2001 Phys. Rev. Lett. 87 225701

    [32]

    Porer M, Leierseder U, Mnard J M, Dachraoui H, Mouchliadis L, Perakis I, Heinzmann U, Demsar J, Rossnagel K, Huber R 2014 Nat. Mater. 13 857

    [33]

    Hellmann S, Beye M, Sohrt C, Rohwer T, Sorgenfrei F, Redlin H, Kallne M, Marczynski-Bhlow M, Hennies F, Bauer M 2010 Phys. Rev. Lett. 105 187401

    [34]

    Lian C, Zhang S, Meng S 2016 Phys. Rev. B 94 184310

    [35]

    Zijlstra E S, Kalitsov A, Zier T, Garcia M E 2013 Phys. Rev. X 3 011005

    [36]

    Falke S M, Rozzi C A, Brida D, Maiuri M, Amato M, Sommer E, de Sio A, Rubio A, Cerullo G, Molinari E 2014 Science 344 1001

    [37]

    Rozzi C A, Falke S M, Spallanzani N, Rubio A, Molinari E, Brida D, Maiuri M, Cerullo G, Schramm H, Christoffers J 2013 Nat. Commun. 4 1602

    [38]

    Zhang J, Hong H, Lian C, Ma W, Xu X, Zhou X, Fu H, Liu K, Meng S 2017 Adv. Sci. 4 1700086

    [39]

    van der Zande A M, Kunstmann J, Chernikov A, Chenet D A, You Y, Zhang X, Huang P Y, Berkelbach T C, Wang L, Zhang F 2014 Nano Lett. 14 3869

    [40]

    Long R, Prezhdo O V 2016 Nano Lett. 16 1996

    [41]

    Ndabashimiye G, Ghimire S, Wu M, Browne D A, Schafer K J, Gaarde M B, Reis D A 2016 Nature 534 520

    [42]

    Luu T T, Garg M, Kruchinin S Y, Moulet A, Hassan M T, Goulielmakis E 2015 Nature 521 498

    [43]

    Vampa G, Hammond T J, Thire N, Schmidt B E, Legare F, McDonald C R, Brabec T, Corkum P B 2015 Nature 522 462

    [44]

    Liu H, Li Y, You Y S, Ghimire S, Heinz T F, Reis D A 2016 Nat. Phys. 13 262

    [45]

    Li J B, Zhang X, Yue S J, Wu H M, Hu B T, Du H C 2017 Opt. Express 25 18603

    [46]

    Shiner A D, Trallero-Herrero C, Kajumba N, Bandulet H C, Comtois D, Legare F, Giguere M, Kieffer J C, Corkum P B, Villeneuve D M 2009 Phys. Rev. Lett. 103 073902

  • [1] 申钰田, 孟胜. 光解水的原子尺度机理和量子动力学. 物理学报, 2019, 68(1): 018202. doi: 10.7498/aps.68.20181312
    [2] 范桁. 量子计算与量子模拟. 物理学报, 2018, 67(12): 120301. doi: 10.7498/aps.67.20180710
    [3] 李媛媛, 胡竹斌, 孙海涛, 孙真荣. 胆红素分子激发态性质的密度泛函理论研究. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20200518
    [4] 黄仙山, 刘海莲, 石云龙, 羊亚平. 运用动态Lorentz库实现对激发态原子动力学特性的调控. 物理学报, 2011, 60(2): 024205. doi: 10.7498/aps.60.024205
    [5] 梁晓玲, 李家明. 激发态原子振子强度密度极小点. 物理学报, 1985, 34(11): 1479-1487. doi: 10.7498/aps.34.1479
    [6] 帅志刚, 孙鑫, 傅柔励. 激发态的相关基函数理论. 物理学报, 1989, 38(10): 1648-1657. doi: 10.7498/aps.38.1648
    [7] 文根旺. 量子激发态最陡下降微扰理论. 物理学报, 1991, 40(9): 1388-1395. doi: 10.7498/aps.40.1388
    [8] 李文芳, 杜金锦, 文瑞娟, 杨鹏飞, 李刚, 张天才. 强耦合腔量子电动力学中单原子转移的实验及模拟. 物理学报, 2014, 63(24): 244205. doi: 10.7498/aps.63.244205
    [9] 鲁桃, 王瑾, 付旭, 徐彪, 叶飞宏, 冒进斌, 陆云清, 许吉. 采用密度泛函理论与分子动力学对聚甲基丙烯酸甲酯双折射性的理论计算. 物理学报, 2016, 65(21): 210301. doi: 10.7498/aps.65.210301
    [10] 朱熙文. 高激发态钠原子的量子拍实验的某些分析. 物理学报, 1981, 30(12): 1688-1692. doi: 10.7498/aps.30.1688
    [11] 周晶晶, 陈云贵, 吴朝玲, 肖艳, 高涛. NaAlH4 表面Ti催化空间构型和X射线吸收光谱: Car-Parrinello分子动力学和密度泛函理论研究. 物理学报, 2010, 59(10): 7452-7457. doi: 10.7498/aps.59.7452
    [12] 沈环, 胡春龙, 邓绪兰. 超短脉冲激光场中间二氯苯的激发态动力学. 物理学报, 2017, 66(15): 157801. doi: 10.7498/aps.66.157801
    [13] 顾 斌, 金年庆, 王志萍, 曾祥华. 用含时密度泛函理论计算钠原子跃迁光谱. 物理学报, 2005, 54(10): 4648-4653. doi: 10.7498/aps.54.4648
    [14] 杨春, 张变霞, 冯玉芳, 余毅. 碳纳米管吸附铜原子的密度泛函理论研究. 物理学报, 2009, 58(6): 4066-4071. doi: 10.7498/aps.58.4066
    [15] 张建东, 杨春, 陈元涛, 张变霞, 邵文英. 金原子掺杂的碳纳米管吸附CO气体的密度泛函理论研究. 物理学报, 2011, 60(10): 106102. doi: 10.7498/aps.60.106102
    [16] 李家明, 刘磊. Fr原子的激发态结构. 物理学报, 1988, 37(12): 2053-2056. doi: 10.7498/aps.37.2053
    [17] 赵健东, 辛洁. 高激发态原子的相干效应 . 物理学报, 2012, 61(19): 193302. doi: 10.7498/aps.61.193302
    [18] 李亚莎, 孙林翔, 周筱, 陈凯, 汪辉耀. 基于密度泛函理论的外电场下C5F10O的结构及其激发特性. 物理学报, 2020, 69(1): 013101. doi: 10.7498/aps.69.20191455
    [19] 鲍敏琪, 仝晓民, 李家明. 离化态原子的激发态结构. 物理学报, 1989, 38(11): 1802-1808. doi: 10.7498/aps.38.1802
    [20] 顾 斌, 崔 磊, 滕玉永, 胡永金, 赵 江, 曾祥华. 脉冲激光偏振方向对氮分子高次谐波的影响--基于含时密度泛函理论的模拟. 物理学报, 2006, 55(9): 4691-4694. doi: 10.7498/aps.55.4691
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  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2018-03-19
  • 修回日期:  2018-04-17
  • 刊出日期:  2018-06-20

基于原子轨道基的实时密度泛函理论:方法及应用

  • 1. 中国科学院物理研究所, 北京凝聚态物理国家研究中心, 北京 100190;
  • 2. 量子物质科学协同创新中心, 北京 100190
  • 通信作者: 孟胜, smeng@iphy.ac.cn
    基金项目: 

    国家重点研发计划(批准号:2016YFA0300902)、国家重点基础研究发展计划(批准号:2015CB921001)和国家自然科学基金(批准号:11774396,11474328)资助的课题.

摘要: 实时密度泛函理论是基于含时Kohn-Sham方程,从实空间实时模拟材料激发态性质的第一性原理计算方法.本文介绍如何利用基于数值原子轨道基的含时密度泛函理论和软件TDAP(Time Dependent Ab initio Package),研究凝聚态物质与光场之间的相互作用.通过引入电磁场的长度规范和速度规范,该方法的适用范围从低维结构拓展到固体材料,且不受微扰论的限制,实现了对大规模、真实凝聚态体系的动力学性质的精确模拟.文中以几个有代表性的工作为例,说明该方法对于研究量子系统中新奇的超快量子动力学现象有着广泛的应用前景.

English Abstract

参考文献 (46)

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