Seminar: CALYPSO结构预测方法及其在高压研究中的应用

王彦超

吉林大学

报告时间：2023年5月22日（周一）下午15:30

报告地点：紫金港校区东4-242

报告摘要：

材料的性质与其微观结构密切相关。因此确定材料的微观结构是开展功能材料设计的基础。但是，由于材料结构势能面的复杂性导致在只给定材料化学组分的条件下，从理论上确定材料的结构是一个极具挑战的难题。研究团队基于群智优化算法，发展了CALYPSO结构预测方法[1-2]，编写了同名结构预测软件包（www.calypso.cn）。目前，CALYPSO可以开展三维晶体[1]，零维团簇[3]，二维表面重构[4]和层状材料[5-6]等体系的结构预测研究，并实现了以功能特性为导向的逆向材料结构设计[7-9]。

最近，利用CALYPSO方法开展了系列物质在高压下的晶体结构搜索和实验研究[10-15]。例如利用CALYPSO发现了含有孤立的V型O₃单元的稳定的非常规配比化合物CaO₃高压相，并以CaO/Ca和O₂为前驱物，在高温高压条件下成功合成出理论预言的CaO₃，丰富了臭氧化合物家族。电荷转移分析表明CaO₃中的臭氧离子具有-2价，这是首次在臭氧化合物发现[O₃]^-2阴离子。研究成果不仅为破解“大氧化事件”前氧气缺失谜团提供了新思路，也为理解地球内部氧循环提供了新途径[14]。利用CALYPSO方法提出H₂O在高压富氢环境下可能生成了具有反常化学计量比的H₃O高压相，揭示了H₃O在冰巨行星内部温压条件下以流体导电层形式存在，该研究为阐明天王星和海王星的异常磁场形成的物理机制提供了新思路[15]。

参考文献:

[1] Y. Wang, J. Lv, L.Zhu, and Y. Ma, Phys. Rev. B 82, 094116(2010).

[2] Y. Wang, J. Lv, L.Zhu, and Y. Ma, Comput. Phys. Commun. 183, 2063 (2012).

[3] J. Lv, Y. Wang, L.Zhu, and Y. Ma, J. Chem. Phys. 137, 084104 (2012).

[4] S. Lu, Y. Wang, H. Liu, M. Miao, and Y. Ma, Nat. Commun. 5, 3666 (2014)

[5] Y. Wang, et al., J. Chem. Phys. 137, 224108 (2012).

[6] X. Luo, et al., J. Am. Chem. Soc. 133, 16285 (2011).

[7] X. Zhang, et al., J. Chem. Phys. 138, 114101 (2013).

[8] X Shao, et al., J. Chem. Phys. 156, 014105 (2022)

[9] Y Wang, et al.,  Acc. Chem. Res. 55, 2068 (2022)

[10] W Lu, et al., Phys. Rev. Lett. 128, 106001 (2022)

[11] S Liu, et al., Sci. Bull. 67, 971 (2022)

[12] H Zhao, et al., Phys. Rev. Lett. 129, 187602 (2022)

[13] X Qu, et al., J. Am. Chem. Soc. 144, 11120 (2022)

[14] Y. Wang, et al., Nat. Commun. 11, 4702 (2020).

[15] P. Huang, et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 117, 5638(2020).

报告人简介：

王彦超，吉林大学唐敖庆卓越教授，物理学院副院长。2013年于吉林大学获理学博士学位并留校任职。主要从事计算物理方法和软件研发工作，发展了CALYPSO结构预测方法和软件，被70多个国家的4000余位学者采用；开发了无轨道密度泛函ATLAS计算软件，可实现百万原子量级体系的第一性原理计算。在Nat.Commun.、PRL、PNAS等期刊上发表论文100余篇，总被引10,000余次，第一作者论文单篇最高被引2000余次。2022年获国家杰出青年基金，2018年获国家优秀青年基金和亚洲高压科学技术大会(ACHPR)“青年奖”，2019年获国家自然科学二等奖（第二完成人），2020-2022年连续三年入选爱思唯尔“中国高被引学者”。