分子片局域分子轨道含时密度泛函理论的算法改进与应用

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由于其广阔的应用前景,有机光电分子越来越多地受到太阳能光电池和微电子领域的关注。然而,由于这类体系往往过于庞大,常规的量子化学方法很难计算它们的激发态性质。最近,由笔者所在研究组发展的分子片局域分子轨道含时密度泛函方法(FLMO-TD-DFT)为处理这类体系的激发态提供了行之有效的计算工具。  利用FLMO-TD-DFT,本文计算了C-P-C60系列三元分子体系的基态电子结构和激发态光谱。计算结果不仅与实验观测符合较好,而且还初步建立了这类分子几何结构与激发态性质之间的内在联系:卟啉大环与连接位苯环之间的平行(垂直)构象会升高(降低)三元分子中给体分子片到受体分子片的迁移概率,这为进一步理性设计这类功能分子提供了有益的参考。  在计算三元分子体系的过程中,标准Davidson迭代算法内存消耗量巨大,严重地限制了方法对更大体系的应用。通过采用分步重启的策略,将多目标本征值的迭代问题,转化为若干步少目标本征值的迭代问题。将已收敛的本征向量从投影子空间移除的办法,避免了本征值的收敛塌陷,保证了计算精度。通过简单的算法改进,就大大降低了计算的硬件需求,显著地扩展了线性标度TD-DFT方法的适用范围。计算应用和方法发展的结合,不但为解决多种实际问题提供了理论保证,也使得方法发展更具有方向性和实用性。
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