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帅志刚: 理论计算化学青年人才涌现

2018-11-30 17:23

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帅志刚 清华大学长江学者特聘教授。从事理论计算化学研究, 针对复杂功能材料的电子激发态的结构与动态过程发展了密度矩阵重正化群、热振动关联函数以及耦合簇运动方程等计算方法, 并应用于共轭聚合物和分子聚集体的发光现象; 提出了有机半导体中载流子传输的量子核隧穿模型; 所开发的计算化学软件MOMAP得到了较广泛的应用并实现了商业化。2018年当选为国际量子分子科学院副院长, 2015~2018年任中国化学会理论化学委员会主任。

为庆祝Walter Kohn和John Pople获得诺贝尔化学奖20周年, 《科学通报》2018年第33期组织出版若干理论计算化学青年学者的代表性成果（“理论计算化学”专题）。

正如1998年诺贝尔化学奖颁奖公告中指出: “20世纪90年代快结束的时候, 我们看到化学理论和计算的研究有了很大的进展, 其结果使整个化学正在经历一场革命性变化······化学不再是单纯的实验科学了”, 化学理论与计算的重要性已经得到充分的肯定。中国的理论化学是唐敖庆、徐光宪等老一辈科学家开创的, 近年来涌现出了一批中青年学者活跃在国际学术界。中国化学会理论化学专业委员会每年评审颁发一次“中国化学会唐敖庆理论化学青年奖”(奖励不超过40岁的青年学者)。该奖项长期得到吉林大学唐敖庆教育基金会的资助。历年的获奖者有: 2011年李伟(南京大学)、2012年李震宇(中国科学技术大学)、2013年彭谦(中国科学院化学研究所)、2014年孙志刚(中国科学院大连化学物理研究所)、2015年刘剑(北京大学)和郑晓(中国科学技术大学)、2016年李辉(吉林大学)和江俊(中国科学技术大学)、2017年崔刚龙(北京师范大学)和武晓君(中国科学技术大学), 以及2018年马海波(南京大学)和张颖(复旦大学)。随着青年人才数量的增长, 从2015年开始获奖人数增加为2人。这些年轻学者都取得了优秀成绩, 如孙志刚和李震宇于2018年获得国家自然科学基金委员会“杰出青年科学基金”资助, 刘剑获2019年亚太理论与计算化学家协会"Pople Medal"奖(北京大学刘文剑和南京大学黎书华曾获该奖项)和2018年度QSCP(化学物理和生物中的量子系统)系列会议组委会颁发的Promising Scientist Prize(黎书华曾获该奖)。该专题邀请了12位获奖人中的8位为“理论计算化学”专题撰写文章。

理论化学主要由电子结构理论、量子动力学和统计力学组成。电子结构理论的核心挑战是电子相关问题、大体系的低标度算法以及可靠的密度泛函算法。该专题中李伟课题组总结了他们提出的基于能量的大分子分块计算方法, 有别于传统的基于密度的分块方法。郑晓基于级联运动方程方法, 从开放量子体系的角度研究凝聚体系的强关联量子杂质问题, 这是物理学家十分关注的问题, 却可以巧妙地从复杂体系动力学的角度得到更好的解决。长期以来, 石墨烯的生长引起了大家关注, 李震宇课题组采用第一性原理计算铜表面上石墨烯生长的主要路径与动力学, 正确地揭示了生长机理。刘剑课题组提出了一种普适的动力学模拟计算方法, 适用于经典或量子体系的正则系综动力学模拟, 这是一篇原创性的论文。自旋电子学为下一代电子学器件提供新思路, 武晓君课题组从第一性原理计算的角度, 设计了低维纳米结构的自旋电子学材料以及自旋调控的模型。崔刚龙课题组将含时密度泛函与改进的面跳跃方法结合, 研究了过渡金属配合物的激发态衰变过程。精确的光谱计算依赖动力学理论, 李辉课题组针对弱作用非键体系的红外光谱, 发展了合理的计算方法。江俊课题组则描述了一种调控纳米结构实现高效光催化的理论设计思路。这些论文从科学前沿和学科挑战两个方面都代表了国际一流水平。