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物理学中的全量子化效应与新的探索
  • ISSN号:0379-4148
  • 期刊名称:《物理》
  • 时间:0
  • 分类:O4[理学—物理]
  • 作者机构:[1]北京大学量子材料科学中心北京大学物理学院,北京100871, [2]中国科学院物理研究所,北京100190
  • 相关基金:国家自然科学基金(批准号:10974238;91021007)资助项目
中文摘要:

在一般的第一性原理计算中,原子核总是被近似成经典粒子.然而,在一些特殊的体系中,原子核的量子效应对体系的物理性质和物理过程有着至关重要的影响.在相关问题的模拟中,考虑了原子核量子效应的全量子化计算,展示了其独有的准确性.目前,路径积分分子动力学是被广泛采用的全量子化计算方法.而第一性原理的路径积分分子动力学不仅保留了第一性原理计算中电子结构和电子基态能量计算的方法,同时还应用费恩曼(Feynman)路径积分原理,得到了包含原子核量子信息的运动方程.张千帆等人应用第一性原理路径积分分子动力学,计算了BaZrO3中氢核的输运情况.结果表明,原子核的量子化对输运中两个不同的子过程有不同程度的影响,它使得有氢氧键断裂的T过程的势垒下降更多,使T过程成为快过程,从而验证了红外光谱实验的结果,同时否定了传统计算给出的T过程是慢过程的结论.

英文摘要:

Ions are commonly approximated to classical point-like particles in traditional ab initio studies. However, in certain systems, their quantum effects are crucial to the physical properties and physical processes. A full quantum calculation, which includes this quantum effect, shows unique advantages in such systems. Path Integral Molecular Dynamics (PIMD) has become the most widely used full quantum simulation method. Ab initio PIMD keeps the electron structure and ground state energy of ab initio calculations, while the ions move according to a set of equations which contain the nuclear quantum effect. Proton transfer in BaZrO3 has been studied by PIMD. The results show that the nuclear quantum effect has different influences on the two different subprocesses, reducing the barrier of the transfer process more significantly than the reorientation process, which makes the transfer process faster. This agrees with the experimental observations but differs from the results of early ab initio simulations without the full quantum effect, which indicate that the transfer process is rate-limiting.

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期刊信息
  • 《物理》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:朱星
  • 地址:北京603信箱
  • 邮编:100190
  • 邮箱:physics@aphy.iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649470 82649266
  • 国际标准刊号:ISSN:0379-4148
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1957/O4
  • 邮发代号:2-805
  • 获奖情况:
  • 2002年中国科协优秀期刊三等奖,2000年度中科院优秀期刊一等奖,2001年入选“中国期刊方阵”,中国期刊方阵“双效”期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:8902