研究

我的研究聚焦于电子结构理论、计算方法，以及面向材料第一性原理模拟的大规模并行开源科学软件。我着迷于电子结构理论及其计算方法背后优雅而精巧的数学结构。基于这些形式体系，我发展新的理论与方法，拓展第一性原理电子结构计算的适用范围。同时，我也希望把实验中至关重要、但现有方法难以处理的物理条件纳入电子结构计算，例如恒定电极电势。

沿着这一思路，我的工作包括以下方向。

先进电子结构理论与方法

• 提出了一种具有旋转不变性的密度矩阵罚项方法，用于逆 Kohn Sham DFT。该方法适用于开壳层体系，并解决了在高斯基组中对分子和凝聚相体系进行 Kohn Sham 矩阵重构时常见的不稳定、精度低和收敛慢等问题。

• 在 GPW 框架中发展并在 CP2K 中实现了包含完整解析力项的张量子空间 DFT+U+J 方法。现有的 Löwdin 子空间 DFT+U 框架也被扩展为包含完整解析力项的 DFT+U+J。对于这两种实现，CP2K 中均实现了用于第一性原理计算 Hubbard U 和 Hund J 参数的最小跟踪线性响应方法。

• 提出了基于子空间占据约束势的 SOCP 方法，为在第一性原理计算中稳定目标极化子构型提供了一条可控且稳健的路径。

真实条件下的电化学界面

• 以数值稳定的方式在 CP2K 中实现了面向电化学体系的巨正则恒电势方法，包括恒电势 SCF、平板反电荷模型、改进的 Pulay 密度混合以及势能面切换第一性原理分子动力学。

• 提出了一种用于固液界面的各向异性界面连续介质溶剂模型，该模型基于介电张量而非标量介电函数。相应的 CP2K 模块也已开发完成，同时开发了基于 FEniCSx 的各向异性张量 Poisson 方程有限元并行求解器，并通过直接内存数据传输实现了其与 CP2K 的接口。

• 在 CP2K 中实现了 solvent aware SCCS 连续介质溶剂模型，以改进溶质溶剂界面的定义，并解决 SCCS 计算中常见的收敛困难。