近期，中科院半导体所半导体超晶格国家重点实验室李树深院士的研究组在含时密度泛函理论(TDDFT)方面取得重要进展。该组成员博士生王峙与美国劳伦斯伯克利国家实验室Lin-Wang Wang教授合作，成功将即时(real-time)含时密度泛函理论计算效率提升近千倍，从而使得对数百原子体系皮秒级动力学过程的非绝热第一性原理计算成为可能。这一工作已发表于Phys. Rev. Lett. 114, 063004 (2015)，并被劳伦斯伯克利实验室以Research Highlights进行了报导(http://newscenter.lbl.gov/2015/02/17/ultrafast-simulations/)。

近年来，动力学过程中的电子激发态及其导致的一系列新奇现象，譬如表面等离激元、超快磁场中的磁光克尔效应，多次受到研究者的广泛关注。传统的静态或绝热计算方法，例如波恩-奥本海默近似下的第一性原理计算，无法描述系统的激发态性质；而当体系中电-光或电-声相互作用处于较强的含时外场下时，非绝热的微扰法，例如线性微扰理论，也将失效。TDDFT作为一种可处理所有的含时间多粒子问题的理论，日益引起全球各研究组的关注。然而传统TDDFT方法受制于其极短的时间步长（10^-2~10⁰阿秒），虽然应用面广泛，但却需耗费大量计算资源；线性响应(linear response)TDDFT理论虽然可提供较高的计算速度，却无法有效模拟诸如超快激光脉冲等非线性响应过程，也无法给出诸如电荷转移途径等动力学过程细节。时至今日，对数百原子的皮秒级动力学过程进行即时TDDFT计算，依然是一项需耗费巨型计算机数百万至数千万小时计算资源的严峻挑战。

    在国家留学基金的资助下，博士生王峙与教授Lin-Wang Wang突破了传统即时TDDFT理论的瓶颈，成功将其小于1阿秒的时间步长增加至0.2~0.5皮秒。他们提出的新方法以绝热态基底展开及哈密顿量线性变化近似为核心，具有与传统算法相同的精度高和应用广泛的优点，效率却比传统方法高2至3个数量级，从而为TDDFT方法在大时间尺度及大空间尺寸方面的应用开辟了一条崭新的道路。

利用新TDDFT方法模拟的Cl粒子撞击单层MoSe₂模型，入射点标示于(b)，散射示意图及散射角标示于(c)

中心点撞击过程中 (a)电子能量及原子核动能的变化，以及TDDFT与绝热近似(BO)DFT结果的差异，(b)撞击过程中三个时间刻的原子位置及电荷密度