计算名人堂—理论与计算大牛帅志刚
2023年，注定是不平凡的一年！从本期开始，我们将对理论与计算领域的大牛，对之前的成果工作进行简单汇总，希望能够为科研工作者们提供一些思路及想法。
本期为2023版新版名人堂介绍，本期为第3期。
名人介绍
帅志刚教授于1983年、1986年和1989年分别在中山大学、暨南大学和复旦大学取得学士学位、硕士学位和博士学位，于1990-2001年在比利时University of Mons从事博士后和研究科学家工作。
2002-2008年在中国科学院化学研究所有机固体实验室担任博士生导师。2008年加入清华大学化学系，2008年、2009年、2011年、2013年先后当选国际量子分子科学院院士、英国皇家化学会会士、欧洲科学院外籍院士、比利时皇家科学院外籍院士。2022年加入香港中文大学（深圳），任校长学勤讲座教授。
帅教授主要从事理论计算化学、理论凝聚态物理和计算材料研究，提出了有机和碳材料电荷传输的量子核隧穿模型，解决了有机与高分子材料中的导电机理的争端；开拓了量子化学密度矩阵重正化群计算方法，并发展了其含时演化算法处理复杂体系量子动力学；发展了有机分子聚集体和高分子电子激发态的多模耦合速率理论；根据原创的计算方法所开发了计算化学软件MOMAP已经实现了商业化应用。
帅教授2020年、2021年均获爱思唯尔中国高被引学者，现任《化学学报》、“Research”期刊副主编，以及10多家国内国际科学期刊杂志编委或顾问编委会成员等。
2004年获国家自然科学基金委员会杰出青年科学基金资助，2006年入选国家人事部等7部委“新世纪百千万人才国家级人选”，2012年 获中国化学会-阿克苏诺贝尔化学科学奖，2013年获享受国务院特殊津贴资格，2014年获全国优秀科技工作者（中国科协），2018年获法国化学会Prix Franco-Chinois（中-法讲座奖），2019年清华大学毕业生个人就业工作先进个人，2020年获北京市科学技术奖自然科学一等奖，2021年获清华大学先进工作者。
鉴于推文字数所限，同时帅教授2022年的发表文章众多，不可能一一列举，因此，我们只对其中的五篇进行了阐述。其他文章，感兴趣的同学可自行查阅帅志刚老师的主页 http://www.shuaigroup.net/
研究成果
1. WIREs Computational Molecular Science：复杂系统量子动力学的含时密度矩阵重整群方法
光谱学和量子动力学的模拟，对于理解复杂系统中的电子过程至关重要，包括与光学发射有关的辐射/无辐射电子弛豫，与有机材料载流子迁移有关的分子聚集体中的电荷/能量转移，以及光伏和热电转换、光收集和自旋输运等。含时密度矩阵重整化群(TD-DMRG)是近年来兴起的一种通用的、数值精确的、高效的高角元求解方法。
在此，为了解决这一挑战，帅志刚教授团队在本文将介绍在矩阵积态(MPS)和矩阵积算子(MPO)的现代框架中TD-DMRG的基本算法，包括关于MPS和MPO的基本代数，传播MPS的新型时间演化方案，以及编码通用哈米顿量的自动MPO构造算法。最重要的是，该方法可以处理有限温度下的混合态密度矩阵，从而实现分子聚集的量子统计描述。研究者通过使用当前最先进的方法来模拟自旋玻色子模型和Frenkel-Holstein (-Peierls)模型的量子动力学来演示TD-DMRG的性能。作为TD-DMRG在实际问题中的应用，研究者从理论上研究了rubrene晶体的载流子迁移率和谱函数，以及具有非谐波势能表面的azulene的无辐射衰减率。
参考文献：
Ren, J, Li, W, Jiang, T, Wang, Y, Shuai, Z. Time-dependent density matrix renormalization group method for quantum dynamics in complex systems. WIREs Comput Mol Sci. 2022; 12:e1614. https://doi.org/10.1002/wcms.1614
原文链接：
https://wires.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/wcms.1614
2.ACS Materials Letters：具有电泵浦激光特性的热激活延迟荧光分子的计算选择
热激活延迟荧光(TADF)材料，是电泵浦有机激光的竞争候选材料，因为它能够通过反向系统间交叉(RISC)抑制三重态累积，特别是多共振TADF (MR-TADF)化合物具有窄带发射和高光致发光量子产率。在此，帅志刚教授团队从理论上筛选出有前途的电泵浦有机激光化合物，优于MR-TADF和传统的TADF分子。研究者计算了21个有机TADF分子的光物理参数，以确定是否可以满足电泵浦激光标准，即在S1发射波长附近没有由激子和极化子引起的大量吸收/湮灭过程。选择标准包括S1振荡器强度大、净发射截面大、S1寿命长、系统间反向交叉率大。根据研究者的理论方案，可以得出结论，DABNA-2, m-Cz-BNCz, ADBNA-Me-Mes和ADBNA-Me-Tips MR-TADF分子是电泵浦激光的潜在候选分子，研究者相信这项工作将通过更好、更有效的TADF增益材料分子设计立即使该领域受益。
参考文献：
Lin, Shiyun, Qi Ou, and Zhigang Shuai. "Computational Selection of Thermally Activated Delayed Fluorescence (TADF) Molecules with Promising Electrically Pumped Lasing Property." ACS Materials Letters 4.3 (2022): 487-496.
原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmaterialslett.1c00794#
3.JCTC：用荷斯坦模型计算有机材料热电功率因数的计算方法：含时密度矩阵重整群形式
有机/高分子材料，在热电转换中越来越重要。这些材料的软特性，意味着强电子-声子耦合，经常导致载流子局部化。这对传统的基于弛豫时间近似和带结构计算的玻尔兹曼输运描述提出了巨大的挑战。在此，帅志刚教授团队结合Kubo公式和大正则系综中的有限温度时变密度矩阵重正化群(FT-TD-DMRG)，开发了一种近乎精确的算法来计算热电功率因数PF = α2σ，其中α为Seebeck系数，σ为电导率，并将该算法应用于具有电子-声子耦合的Holstein hamilton量来模拟有机材料。该算法可以提供一个统一的描述，涵盖由类带玻尔兹曼传输描述的弱耦合极限到强耦合跳跃极限。
参考文献：Ge, Yufei, et al. "Computational Method for Evaluating the Thermoelectric Power Factor for Organic Materials Modeled by the Holstein Model: A Time-Dependent Density Matrix Renormalization Group Formalism." Journal of Chemical Theory and Computation 18.11 (2022): 6437-6446.
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jctc.2c00651#
4.Materials Horizons：用于评估磷光量子效率的计算方案:应用于蓝色发射四齿Pt(ii)配合物
磷光有机发光二极管(PhOLEDs)是显示或照明技术的主要候选者。近年来，蓝色磷光四齿Pt(II)配合物，因其具有较高的磷光量子效率和灵活的配体结构和修饰，而引起了广泛的关注。在此，帅志刚教授团队利用量子化学和热振动相关函数(TVCF)形式，研究了最近实验报道的16个含有熔融5/6/6金属环的蓝四晶Pt(II)发射体的三态激发态能量面和通过过渡态(3TS)到基态(S0)的直接振动弛驰和最小能量交叉点(MECP)的衰变过程。研究者发现(i)在大多数情况下，由于3TS过高或MECP不可达，直接振动弛豫失活主导了三态非辐射衰变。因此，TVCF形式主义的结果与磷光量子效率的实验结果吻合得很好；(ii)只有当3TS和MECP都较低时，例如PtON1-oMe，通过MECP失活主导了三态非辐射衰变。
参考文献：
Wang, Yu, Qian Peng, and Zhigang Shuai. "A computational scheme for evaluating the phosphorescence quantum efficiency: applied to blue-emitting tetradentate Pt (ii) complexes." Materials Horizons 9.1 (2022): 334-341.
原文链接：
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/MH/D1MH00552A
5.JPCL：三态激子到低极化激子反向交叉的失谐效应
低极化子(LP)，可以降低逆系统间交叉(rISC)过程的能量势垒，从T1获取三态能量用于荧光。在此，帅志刚教授团队基于Tavis-Cummings模型，包括单态和三态激子，都与量子化光子耦合，推导了一个全面的rISC速率形式。研究者发现后者由三个贡献组成：马丁内斯-马丁内斯等人首次得到的自旋-轨道耦合，Ou等人的光-物质耦合，以及本文首次报道的交叉项。研究者应用这种形式研究了在含DABNA-2分子薄膜的空腔器件中实验观察到的无障碍rISC (BFrISC)过程。研究者发现这可以归因于失谐效应。通过改变失谐能，可以将rISC速率提高几个数量级，从而实现BFrISC过程。此外，BFrISC速率随入射角和掺杂浓度的增大而增大。这种形式主义为高效腔促发光材料的分子设计提供了坚实的基础。
参考文献：
Zhang, Bin, and Zhigang Shuai. "Detuning Effects on the Reverse Intersystem Crossing from Triplet Exciton to Lower Polariton." The Journal of Physical Chemistry Letters 13.40 (2022): 9279-9286.
原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpclett.2c02557#
