2023年，注定是不平凡的一年！从本期开始，我们将对理论与计算领域的大牛，对之前的成果工作进行简单汇总，希望能够为科研工作者们提供一些思路及想法。
杨伟涛教授，美国杜克大学教授，获得美国物理学会Elected Fellow，国际量子分子科学研究院院士，杰出美国科学家洪堡奖，杰出青年华人科学家，清华大学“长江学者”讲座教授等荣誉。正在开发大系统的量子力学计算方法，并进行生物系统和纳米结构的量子力学模拟。他的团队已经开发了电子结构计算的线性标度方法，以及最近开发的用于模拟酶中化学反应的 QM/MM 方法。
JCTC：LibSC密度泛函理论中的标度校正方法库
近年来，杨实验室开发了一系列缩放校正(SC)方法，以减少和消除传统密度泛函理论(DFT)中固有且系统存在的局部化误差。基于广泛的数值结果，SC方法被证明能够有效减少局部化误差，并为许多关键和具有挑战性的问题提供准确的描述，包括基本能隙、光发射光谱、电荷转移激发和极化率。在SC方法的开发中，SC方法主要在杨实验室为研究开发的QM4D软件包中实现。对QM4D软件包的严重依赖阻碍了SC方法被研究人员广泛应用。在本工作中，研究者开发了一个可靠高效的全局缩放校正(GSC)方法和局部化轨道缩放校正(LOSC)方法的实现库LibSC。LibSC将作为轻量级和开源库，可轻松地由量子化学社区访问。LibSC的实现经过仔细模块化，提供了进行SC方法计算的基本功能。此外，LibSC提供了简单一致的接口，支持多种流行的编程语言，包括C、C++和Python。除了开发库外，研究者还将LibSC与两个流行且开源的量子化学软件包Psi4和PySCF集成在一起，为一般用户提供使用SC方法进行计算的直接访问。
参考文献：
Mei, Yuncai, et al. "LibSC: Library for Scaling Correction Methods in Density Functional Theory." Journal of chemical theory and computation 18.2 (2022): 840-850.
原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jctc.1c01058
2.JCTC：结合重整化单 GW 方法和 Bethe-Salpeter 方程求解精确的中性激发能
在此，研究者将重整化单电子(RS)格林函数应用于Bethe-Salpeter方程(BSE)/GW方法，以预测分子系统的准确中性激发能。BSE计算在GRSWRS方法之上进行，该方法也使用RS格林函数来计算筛选电荷相互作用W。研究者证明，通过基准Truhlar-Gagliardi集，Stein CT集和原子Rydberg测试集，BSE/GRSWRS方法明显优于BSE/G0W0方法，用于预测价态、里德堡和电荷转移(CT)激发的能级。对于Truhlar-Gagliardi测试集，BSE/GRSWRS与时间依赖密度泛函理论(TDDFT)具有相当的准确性，并略好于从特征值自适应广义相对论(evGW)开始的BSE。对于Stein CT测试集，BSE/GRSWRS明显优于BSE/G0W0和TDDFT,其准确性可与BSE/evGW相媲美。研究者还表明，BSE/GRSWRS能够很好地预测原子系统的里德堡激发能。除了出色的准确性外，BSE/GRSWRS在很大程度上消除了对密度泛函近似选择的依赖性。这项工作表明，BSE/GRSWRS方法对于预测广泛范围内系统的激发能是准确且高效的，从而扩大了BSE/GW方法的应用范围。
参考文献：
Li, Jiachen, and Weitao Yang. "Renormalized Singles with Correlation in GW Green’s Function Theory for Accurate Quasiparticle Energies." The Journal of Physical Chemistry Letters 13.40 (2022): 9372-9380.
原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jctc.2c00686
3.JCTC：线性标度计算的分治法中的正则局域分子轨道
非正交局域分子轨道(NOLMOs)已被用作分布式-并行(DC)线性缩放方法的构建块。NOLMOs是从子系统中计算得出的，并用于构建整个系统的密度矩阵(DM),而不是在原始DC方法中使用子系统DM。此外，与原始DC方法不同，不再需要逆电子温度参数β。此外，还开发了一种新的正则化局域化方法，该方法将局域化成本函数定义为空间扩展函数(如Boys方法)和动能之和，作为正则化措施来限制NOLMOs的振荡。通过解析梯度进行优化可以确定动能的最佳权重。由于降低了动能，所得到的正则化NOLMOs具有更好的平滑性和更好的转移性。与原始DC相比，尽管NOLMO-DC具有类似的计算线性缩放成本，但对于大共轭体系而言，NOLMO-DC的准确性要高几个数量级，对于其他系统而言，要高约1个数量级。因此，NOLMO-DC方法是DC方法进行线性缩放计算的有前途的发展。
参考文献：
Li, Jiachen, and Weitao Yang. "Renormalized Singles with Correlation in GW Green’s Function Theory for Accurate Quasiparticle Energies." The Journal of Physical Chemistry Letters 13.40 (2022): 9372-9380.
原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jctc.2c00142
4.JPCL：准准粒子能量 GW Green 函数理论中的相关重整化单体
在此，研究者采用关联(RSc)格林函数在GW近似下对准粒子(QP)能量和轨道进行精确计算。RSc格林函数包括来自相关密度泛函近似(DFA)的单光子贡献，并在理论上考虑了相关的贡献。GRScWRSc使用RSc格林函数作为新的起点，并在其筛选相互作用的公式中使用。GRScW0将筛选相互作用固定在DFA水平上。对于电离能的计算，GRScWRSc和GRScW0显著降低了起始点依赖性，并提供了准确的结果，误差约为0.2eV。对于核心能级结合能的计算，由于过筛作用，GRScWRSc略微高估了结果，但在GGA基组下的GRScW0提供了最优的准确性，误差为0.40eV。研究者还展示了GRScWRSc可以预测准确的偶极矩。与任何自洽的GW方法相比，GRScWRSc和GRScW0在计算上具有优势。RSc方法有望使GW和其他格林函数方法变得高效和稳健。
参考文献：
Li, Jiachen, and Weitao Yang. "Renormalized Singles with Correlation in GW Green’s Function Theory for Accurate Quasiparticle Energies." The Journal of Physical Chemistry Letters 13.40 (2022): 9372-9380.
原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpclett.2c02051
5.PRB：周期系统的局部轨道定标校正
密度泛函理论在可接受的计算成本下，提供了准确的结构预测，但常用的近似方法都存在局域化误差，这导致有限和晶格系统的能带隙、能量级对齐和界面上的电子分布等量的预测不准确。局部化轨道缩放校正(LOSC)是通过使用空间和能量局部化的轨道来纠正局域化误差的方法。这些局部化的轨道跨越了占据和未占据的空间，并且可以具有分数占据以纠正总能量和一电子能量本征值。在此，研究者将LOSC方法扩展到周期性系统中，其中使用的局部化轨道是双重局部化的Wannier函数。鉴于 bulk 环境对局部化轨道之间的静电相互作用的影响，研究者修改了LOSC能量校正，包括一个筛选库仑核。对于半导体和大间隙绝缘体的一个测试集，研究者表明筛选后的LOSC方法与父密度泛函近似相比一致地提高了带隙。
参考文献：
Mahler, Aaron, et al. "Localized orbital scaling correction for periodic systems." Physical Review B 106.3 (2022): 035147.
原文链接：
https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.106.035147
