量子材料计算与模拟

薄膜以及各种低维结构中有着丰富且不同于体结构的新奇量子现象，是构筑新一代量子功能器件的基础。基于计算机模拟和数值计算手段，通过将计算、数据库、先进的表征和实验技术相结合，可以为先进材料的功能性结构设计、量子调控、新材料及其性能评价提供一个强大手段，从而为澄清相关的物理机制、缩短从研发到市场应用的周期提供有力支撑。

本方向主要开展下述研究：（1）针对不同厚度的超薄金属薄膜，通过调控其界面结构，深入研究薄膜量子尺寸效应对其宏观物性的影响规律。在此基础上，通过二维模板及应力调制等手段，控制金属或半导体的低维量子结构（如量子点阵列、量子线等）生长，研究其电子结构和物性（如表面等离子体激发、发光性质、催化性质等）的量子调控特性及规律。（2）基于薄膜量子尺寸效应实现氢在不同厚度轻金属或其合金薄膜上吸附能、化学反应速率及表面解离扩散过程的量子调控，为最终实现常温常、常压下对氢的储存和释放寻找一条可能的新途径。（3）针对新型薄膜太阳能电池，利用多尺度模拟方法，通过微米有序（增强对光的捕获）、纳米有序（增强光生载流子分离）、连续有序（增强载流子传输和收集），使各尺度结构实现不同的功能，从而实现对光的充分吸收和光生载流子的高效分离和传输，从根本上解决光子吸收效率和电荷传导率之间相互制约的问题，为在实验和应用中大幅度提高薄膜太阳能电池的光电转换效率提供理论依据。