北京大学深圳研究生院新材料学院最近在新材料的设计与模拟计算等基础理论方法开发方面取得新进展,为加速新能源材料的设计开发提供有效的理论模型和计算方法。
    美国总统奥巴马多次提出美国的新一轮科技战略的重要方向是“新材料从设计开始”、“新材料基因组计划”等。北大新材料学院已经将新材料的“DNA”（“密码”）研究，特别是新型清洁能源（柔性太阳能电池和电动汽车动力电池）材料的“DNA”设计与模拟计算作为研究和开发的重点。如何能够对实际的复杂材料体系进行精确有效的静态、特别是动态的模拟和计算是全球具有挑战性的课题。北大新材料学院创院来的此首篇学术论文的价值和意义在于，提出和建立对复杂材料体系的动态过程进行优化路径的选择从而有效地抓住问题的关键、提高运算效率、缩短设计模拟新材料的时间。
    新材料的“DNA”（“密码”）研究是从分子水平设计和开发新材料，而其中涉及的动态相互作用是关键性问题。在材料的分子动力学过程中，量子效应往往发挥着举足轻重的作用，比如纳米尺度上的载流子输运、新一代清洁能源中光伏效应和动力电池的储能性质与充放电过程等等。对于处理复杂材料体系中的量子效应，半经典初值表示方法是目前最为经济有效的代表性方法。半经典初值表示方法基于经典轨线的相空间统计平均，通过考虑轨线间的相干引入量子效应。对于一般的时间关联函数半经典初值表示式 包含相空间的双重积分，因此对于复杂的分子体系，其运算量十分巨大。
    此前不含任何进一步近似的半经典初值表示方法只能较好地描述体系中只包含几个自由度动力学过程。本篇研究是发现了一种新方法,该方法应用统计力学重点取样的核心思想，通过考虑轨线间的关联性大幅度提高计算半经典时间关联函数的运算效率。新方法目前已成功描述了多达21个自由度的复杂分子体系的量子相干效应（见图示）。
 
    图示：与热浴振动模耦合的碘分子的振动量子相干效应

  此项工作由潘锋教授和陶国华副教授合作完成，文章以快报发表在最新一期化学物理杂志（Journal of Chemical Physics, http://jcp.aip.org）上面，该杂志是理论化学国际性权威杂志，原子、分子、化学物理领域引用率最高的期刊。
    北京大学深圳研究生院新材料学院最近组织深圳动力电池相关七家企业建立产业链协同研发群体,成功申报三部委（财政、工信、科技）联合“2012年度国家新能源汽车 (动力电池）技术创新工程项目”，获国家奖励资金1.5亿元（项目总投资7.8亿元人民币）。 其中电动汽车动力电池新材料的“DNA”（“密码”）研究、设计与模拟计算是国家创新工程的开发重点之一。
    相关信息欢迎访问北大新材料学院网站：http://sam.pkusz.edu.cn/

  参考文献：
Feng Pan and Guohua Tao*, “Importance sampling including path correlation in semiclassical initial value representation calculations for time correlation functions”, J. Chem. Phys., 138, 091101, 2013.