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青年教师张国旭在《科学》杂志上合作发表重要成果

发布时间:2016-04-06浏览次数:2016来源:

近日,我校化工与化学学院理论与模拟化学研究所青年教师张国旭来自世界各地45个学术权威机构69名理论科学家组成的科研团队采用量子力学模拟的方法取得了一项突破性的成果。该项研究论文“Resproducibility in density functional theory calculations of solids” 325日在线发表于国际顶级期刊《科学》相关内容详见:http://science.sciencemag.org/content/351/6280/aad3000
凝聚态理论与计算材料学领域90%的科学研究采用密度泛函理论(DFT)方法。而借助于各种计算软件实现的DFT数值计算的可信度则成为考核“计算机实验”的基本手段。本项研究针对现今国际主流的计算模拟软件预测材料性能的可信度问题进行深入研究,首次阐述了最新一代的量子力学软件已经实现了对理论模拟结果的再现性。众所周知,科研成果的再现性来之不易。这被视为科学的基石:相同且独立的科学研究应该得到一致的结果。然而,在许多研究领域中,科学工作者发现对已发生事件进行重复实验可能得到迥然不同的结果。即使是利用计算软件进行的模拟实验,研究人员在选择计算程序和理论方法时必须要谨慎,因为理论模型数值嵌入的可信度直接影响到理论预测得到的结果。这关乎到依赖于计算模拟展开的任何领域的研究。随着计算机技术和理论方法的发展,计算材料科学成为认识物质微观结构和宏观性能的重要手段,并逐步发展为一门实验与理论并重的研究方向。在材料科学与设计领域,目前已存在种常用的基于量子力学软件包。伴随着人工操作的减少,这些软件正被逐渐应用于自动化过程。因此,理论模拟得到的材料性质的可信度在多大程度上取决于所使用的计算软件和方法成为了一个关键性的问题。
材料性能预测的可靠性已引起国内外的广泛关注。然而,在此之前以量子力学为基础的计算机模拟结果的再现性评估技术并没有得到系统地研究。根本原因在于单靠个别研究人员或课题组难以精通使用现有的常用计算软件。我校化工与化学学院教师张国旭加入到这个庞大的国际研究团队。他们采用40种不同的电子结构理论方法描述了含有71种无机晶体测试集的块体材料结构和性质。由于这是一个高度国际化的合作项目,科学问题的讨论和交流主要借助于在线工具,一种近乎于维基百科的协作方式。这个团队目前揭示出,近不断更新和发展的电子结构理论和计算软件已经实现了对理论预测结果的再现性。不仅如此,他们提出了一个定量标准,可以指导理论和实验工作者合理选择计算程序并知晓误差范围,同时可用作衡量未来计算程序开发的可信度。新的测试集将逐步更新于公共网络平台(http://molmod.ugent.be/DeltaCodesDFT)。这些科学家们相信并期待这项研究成果将对计算材料科学提出更高标准,并推进模拟软件的开发和理论方法的发展