Performance of trajectory surface hopping method in the treatment of ultrafast intersystem crossing dynamics
我们进行了广泛的研究，通过与精确的全量子动力学的结果进行比较，以检查最少开关表面跳跃方法在描述各种单重态-三重态（S-T）模型的超快系间交叉动力学的性能。不同的实施细节和一些衍生的方法进行了审查。正如预期的那样，在自旋绝热表象或局域非绝热化方法中进行轨线表面跳跃计算比在自旋非绝热表象中更好。表面跳跃方法对弱自旋轨道耦合（非绝热耦合）的S-T模型的短时动力学提供了合理的结果，但在强自旋轨道耦合（非绝热耦合）的模型中表现不佳.当系统到达具有较高动能的S-T势能交叉点时，轨线面跳跃方法往往能较好地描述非绝热系间交叉动力学。退相干修正对弹道表面跳变性能的影响与系统有关。它在许多情况下提高了结果的准确性，而在其他情况下，它的影响也可能很小。
2019-03-25 physics.chem-ph
A semiclassical non-adiabatic phase-space approach to molecular translations and rotations: A new picture of surface hopping and electronic inertial effects
本文提出超越玻恩-奥本海默近似的半经典相空间表面跳跃方法，通过正确相空间电子哈密顿量捕捉电子惯性效应并消除非绝热跃迁，为手性声子-电子角动量转移和手性诱导自旋选择性研究开辟新途径。
2024-10-02 physics.chem-ph
A coupled-trajectory approach for decoherence, frustrated hops and internal consistency in surface hopping
提出基于精确因子分解的耦合轨迹面跳跃方法，将轨迹群作为整体并允许跳跃时共享能量，以同时解决退相干、受挫跳跃和内部一致性问题。
2025-08-29 physics.chem-ph
Orbital Surface Hopping from Orbital Quantum-Classical Liouville Equation for Nonadiabatic Dynamics of Many-electron Systems
本文提出基于轨道量子-经典李普希茨方程的轨道表面跃迁算法，用于高效模拟多电子系统的非绝热动力学过程。
2024-12-26 physics.chem-ph
An extension of the fewest switches surface hopping algorithm to complex Hamiltonians and photophysics in magnetic fields: Berry's phase and "magnetic" forces
我们提出了一个初步的扩展的最少开关表面跳跃（FSSH）算法的情况下，复杂的哈密顿适合模拟光激发分子在磁场的动力学。我们使ansatze的动量重新标度的方向，我们占贝里的相位效应，通过“磁”力适用于在绝热极限。由于Berry的相位是一组纠缠势能面的非局域拓扑特征，我们发现Tully的局部FSSH算法只能部分捕获正确的物理。
2019-02-13 physics.chem-ph
Modeling Spin-Dependent Nonadiabatic Dynamics with Electronic Degeneracy: A Phase-Space Surface-Hopping Method
原子核的Berry曲率效应源于电子自旋简并，并能导致非平凡的自旋相关（非绝热）核动力学。然而，目前所有的混合量子经典方法，如最少开关表面跳跃，都完全忽略了这种效应。在这项工作中，我们提出了一个相空间表面跳跃（PSSH）的方法来模拟单重态-三重态系间交叉动力学。我们表明，一个简单的伪非绝热的anomaly，PSSH算法可以捕获相关的Berry曲率效应，并作出预测，在协议的精确量子动力学的一个简单的单重态-三重态模型哈密顿量。因此，这种方法是一个重要的一步，朝着模拟光化学和自旋过程相伴而生，相关的系统间交叉和自旋晶格弛豫动力学。
2022-08-25 physics.chem-ph
Incorporating Berry Force Effects into The Fewest Switches Surface Hopping Algorithm: Intersystem Crossing and The Case of Electronic Degeneracy
我们提出了一个初步的表面跳跃的方法建模系统间交叉（ISC）动力学之间的四个电子状态：一个单重态和一个（三重简并）三重态。为了结合所有的贝瑞力效应，该算法要求，当沿着与三重态流形相关联的绝热表面移动时，\mycomment {还必须跟踪每个轨迹的准非绝热指数（类似于“$m_s$“量子数）。对于一个简单的模型问题，我们发现我们的算法可以捕获大量的新物理，为将来更大，更现实（甚至是{ \em ab initio}）的模拟奠定了基础。
2022-02-11 physics.chem-ph
Flexible Framework for Surface Hopping: From Hybrid Schemes for Machine Learning to Benchmarkable Nonadiabatic Dynamics
Academy of Sciences of the Czech Republic（捷克科学院）；University of Warsaw（华沙大学）；Indian Institute of Technology, Guwahati（印度理工学院古瓦哈提分校）；College of Chemistry and Chemical Engineering（化学与化学工程学院）
本文提出了一种灵活的表面跃迁框架，结合了混合方案用于机器学习和可基准的非绝热动力学方法。
2025-12-22 physics.chem-ph
Orbital Surface Hopping with an Electron Thermostat Yields Accurate Dynamics and Detailed Balance
Westlake University（西湖大学）
本文提出在轨道表面跃迁框架中引入电子热浴，以准确模拟分子-金属表面相互作用的动力学和详细平衡，克服传统方法在处理开放系统时的不足。
2025-11-21 physics.chem-ph
Ab-Initio Surface Hopping and Multiphoton Ionisation Study of the Photodissociation Dynamics of CS$_2$
新的从头计算表面跳跃模拟CS $_2$的激发态动力学，包括自旋轨道耦合进行了比较，新的实验测量使用多光子电离探针在光电子能谱学实验。这些计算突出了三重态的重要性，即使在解离过程的早期动力学中，也使我们能够解开实验光谱中的签名，将观察到的变化与分子内的电子和核自由度联系起来。
2017-12-15 physics.chem-ph
A mapping approach to surface hopping
我们提出了一个非绝热的经典轨迹的方法，提供了最好的两个世界之间的最少开关表面跳跃（FSSH）和准经典映射动力学。这种映射方法表面跳跃（MASH）传播的积极绝热势能面上的核，像在FSSH。然而，与FSSH不同，活性表面之间的跃迁是确定性的，并且当电子映射变量在电子相空间的指定区域之间演变时发生。这保证了整个动态过程中有源表面和电子自由度之间的内部一致性。MASH是严格从精确的量子力学推导出来的，作为量子经典刘维尔方程（QCLE）的一个极限，导致动量重新缩放和沮丧的跳跃的独特处方。因此，一个量子跳跃程序，原则上可以用来系统收敛的结果的准确性，QCLE。这种跳跃过程也提供了一个严格的框架，推导近似退相干修正类似于FSSH的建议。我们应用MASH来模拟各种模型系统中的非绝热动力学，并表明它始终比FSSH产生更准确的结果，在可比的计算成本。
2022-12-22 physics.chem-ph
Efficient implementation and performance analysis of the independent electron surface hopping method for dynamics at metal surfaces
独立电子表面跳跃（IESH）是一种模拟吸附质原子和分子与金属表面相互作用的混合量子-经典分子动力学的计算算法。它能够模拟电子-空穴对激发对分子动力学的非绝热效应。在这里，我们提出了一个透明的，可靠的，高效的实现IESH，展示了它的能力，预测散射和解吸概率在各种系统，从模型哈密顿全维原子系统。我们进一步展示了如何修改算法，以考虑到外部偏置电位的应用，比较其准确性使用分层量子主方程得到的结果。我们的研究结果表明，IESH是一个实用的方法，在金属表面的耦合电子-核动力学建模，特别是高能散射事件。
2023-01-18 physics.chem-ph
Overcoming positivity violations for density matrices in surface hopping
最少开关表面跳跃（FSSH）已经成为模拟分子系统量子动力学的主要方法之一。虽然它的原始配方仅限于绝热人口，在FSSH的应用程序的相干现象的日益增长的兴趣提示的问题，应该如何构建一个完整的密度矩阵的基础上FSSH轨迹。一个直接的解决方案是定义基于波函数系数的绝热相干性。在本文中，我们证明了通过这种处理在密度矩阵中引入的不一致性可能导致正性的破坏。我们还表明，最近提出的连贯推广FSSH的结果在密度矩阵，满足积极性，同时产生一个改进的精度在整个大部分（但不是全部）的参数空间。
2022-11-19 physics.chem-ph
A Size-Consistent Multi-State Mapping Approach to Surface Hopping
提出一种尺寸一致的多态映射表面跳跃方法，扩展MASH至多电子态，保持尺寸一致性并恢复两态极限，在模型系统中验证了高精度，适用于光化学弛豫模拟。
2024-03-15 physics.chem-ph
A general method to describe intersystem crossing dynamics in trajectory surface hopping
系统间交叉是一种无辐射的过程，可以发生在紫外-可见光照射的分子中，从而在许多环境，生物和技术过程中发挥重要作用。本文回顾了不同的方法来描述系统间的交叉动力学，注意半经典的轨迹理论，这是特别有趣的，因为它们可以应用于大系统的多个自由度。特别是，一个一般的轨迹表面跳跃的方法，最近开发的作者，这是能够包括非绝热和自旋轨道耦合的激发态动力学模拟，详细说明。这种方法，称为SHARC，原则上可以包括任何任意耦合，这使得它通常适用于光物理和光化学问题，也包括显式激光场。一步一步推导的主要运动方程的表面跳跃的最少开关的方法的塔利，适用于列入自旋轨道相互作用，提供。特别强调的是把描述不同的可能选择的电子基地，其中自旋轨道可以包括在表面跳跃，突出不同的方法的优点和不一致性。
2017-03-28 physics.chem-ph
A surface-hopping method for semiclassical calculations of cross sections for radiative association with electronic transitions
本文发展了一种基于表面跳跃技术的半经典方法来模拟任意多原子体系中辐射缔合与电子跃迁的动力学。可以证明，我们的方法是已建立的用于表征双原子分子形成的半经典公式的推广。我们的模型是测试双原子分子。它给出了与以前的半经典公式相同的截面，但与以前的方法相反，它允许我们跟踪光子发射后轨道的命运。这意味着我们可以表征稳定分子的振转态：使用半经典量子化，我们可以获得辐射缔合过程的量子态分辨截面或发射光谱。计算的半经典态分辨光谱与量子力学微扰理论的结果符合得很好。此外，我们的表面跳跃模型不仅适用于辐射缔合的描述，但它可以用于任何分子过程的半经典表征自发发射发生。
2017-05-02 physics.chem-ph
Fewest-Switches Surface Hopping with Long Short-Term Memory Networks
混合量子-经典动力学模拟是研究光物理和光化学中非绝热现象的基础。近年来，许多机器学习模型已经被开发出来，以加速原子核子系统的时间演化。在这里，我们实现了长短期记忆（LSTM）网络作为传播器，以加速电子子系统在最少开关表面跳跃（FSSH）模拟过程中的时间演化。使用原始FSSH方法生成少量参考轨迹，然后可以构建LSTM网络，并仔细检查使用相同初始条件和随机数作为相应参考的典型LSTM-FSSH轨迹。将所构造的网络应用于FSSH，进一步生成轨迹系综，揭示了非绝热过程的机理。以Tully的三个模型为测试系统，定性地再现了集体结果。这项工作表明，LSTM适用于最流行的表面跳跃模拟。
2022-11-05 physics.chem-ph
Non-adiabatic Dynamics in a Continuous Circularly Polarized Laser Field with Floquet Phase-space Surface Hopping
涉及连续圆偏振光（cw CPL）的非绝热化学反应没有像非偏振光/线性偏振光中的动力学那样引起人们的关注。然而，包括圆（与线性相反）偏振光允许人们有效地引入复值的时间相关的哈密顿量，这提供了一个新的路径，通过引入贝瑞力的控制或探索。在这里，我们研究了几种廉价的半经典方法来模拟这种非绝热动力学，在存在依赖于时间的复值哈密顿量的情况下，从简单的瞬时绝热最少开关表面跳跃（IA-FSSH）方法开始（其中电子状态取决于位置和时间），继续标准Floquet最少开关表面跳跃（F-FSSH）方法（其中电子状态取决于位置和频率），并以奇异的Floquet相空间表面跳跃（F-PSSH）方法（其中电子状态取决于位置、频率和动量）结束。使用一组模型系统与时间相关的复值哈密顿量，我们表明，Floquet相空间矩阵是最佳的选择的基础，只要占贝瑞相位效应和提供的准确性。因此，F-PSSH算法为将来在强外部泵浦圆偏振下模拟非绝热动力学奠定了基础。
2022-09-19 physics.chem-ph
Surface Hopping Dynamics Including Intersystem Crossing using the Algebraic Diagrammatic Construction Method
本文报道了在SHARC（surface hopping including arbitrary couples）动力学方法框架下，采用代数图解法构造二阶[ADC（2）]从头算电子结构理论水平的非绝热动力学模拟的一个实现.实现的目的是使计算效率高，可靠，易于使用的非绝热动力学模拟有机分子的系间交叉。评价2-硫氧嘧啶分子的方法学。结果表明，ADC（2）给出了该分子可靠的激发态能量、波函数和自旋轨道耦合项。动力学模拟相比，以前报道的结果，使用高层次的多状态完整的主动空间微扰理论，表现出良好的协议。
2019-01-10 physics.chem-ph
Frustrated hops in Ring Polymer Surface Hopping: Real-time dynamics and detailed balance
本文研究了RPSH方法中的能量守恒与细致平衡问题，通过Tully避免交叉模型等系统探究受挫跳跃的处理，证明其是准确描述实时动力学和重现量子Boltzmann布居数的关键。
2023-05-14 physics.chem-ph
The DNA Nucleobase Thymine in Motion - Intersystem Crossing Simulated with Surface Hopping
基于CASSCF势能面和\textsc{Sharc}表面跳跃方法，对孤立胸腺嘧啶进行了从头算激发态动力学模拟，研究了系统间跃迁的机制.我们表明，即使$S_2 \rightarrow S_1$内部转换没有准确地描述与CASSCF，系统间的交叉可以正确地模拟。胸腺嘧啶的系统间交叉发生在$S_1$（$^1nπ^*$）最小值处，通过附近与$T_2$（$^3ππ^*$）的交叉。该系统通过三重态流形中的超快内转换进一步弛豫到$T_1$（$^3ππ^*$）态。模拟结果表明，一旦系统陷入$^1nπ^*$极小值，系统间的穿越将以1 ps的时间常数进行.此外，系统的电子状态的变化分别伴随着特定键的伸长/缩短，其因此可以用作标识在动态中填充哪个状态的指示器。
2016-10-14 physics.chem-ph
Excited state dynamics of some nonsteroidal anti-inflammatory drugs: a surface-hopping investigation
在这里，我们提出了一个计算研究的激发态动力学的5种不同的活性药物（阿司匹林，布洛芬，卡洛芬，舒洛芬，吲哚美辛），属于家庭的非甾体抗炎药（NSAID）。的非绝热动力学模拟进行了使用表面跳跃的方法，与电子能量和耦合的飞行中评估的半经验框架。对于阿司匹林，溶剂衰减动力学也被认为是通过将其插入到一个集群的水分子，下面的QM/MM计划。观察到一个相当不同的行为所考虑的系统，从快速失活的基态（阿司匹林和布洛芬），超快的系统间交叉的三重态歧管（卡洛芬和舒洛芬），或长寿命的S1状态（吲哚美辛）的产生。据我们所知，这是第一次计算研究这些非甾体抗炎药的光动力学。
2019-02-14 physics.chem-ph
Recovering Marcus Theory Rates and Beyond without the Need for Decoherence Corrections: The Mapping Approach to Surface Hopping
本文提出映射方法表面跳跃（MASH），无需退相干修正即可在弱耦合极限下准确恢复马库斯理论速率，克服了最少切换表面跳跃（FSSH）的缺陷，显著改进非绝热反应模拟。
2023-11-15 physics.chem-ph
Ensuring Complete Consistency between Hops and Wavefunction Propagation in Fewest-Switches Surface Hopping
Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter（马克斯·普朗克物质与结构动力学研究所）
本文针对最少开关表面跳跃（FSSH）中跳跃与波函数传播不一致的问题，提出完全一致的跳跃概率公式及状态跟踪算法，解决平凡交叉点处的误差与效率问题，大时间步长下仍能获高精度结果。
2026-10-14 physics.chem-ph
An Analysis of the Mapping Approach to Surface Hopping
本文从理论上证明面跳跃映射方法（MASH）在同类映射方法中唯一能保证正确热化，并验证其可计算多时间关联函数以模拟二维光谱，同时发现量子跳跃程序未能进一步提升精度。
2025-06-30 physics.chem-ph
Linear and Angular Momentum Conservation in Surface Hopping Methods
本文指出标准FSSH在自旋轨道耦合和奇数电子体系中不守恒线动量和角动量，并提出沿相空间电子哈密顿量本征值传播并引入电子-核耦合的解决方案，为发展含CISS效应的半经典方法提供基础。
2023-11-28 physics.chem-ph
Surface Hopping Propagator: An Alternative Approach to Diffusion-Influenced Reactions
粒子在约束中扩散的动力学可以看作是约束表面上的一系列体扩散介导的跳跃。在这里，我们调查的表面跳跃传播，描述了扩散粒子的位置后，规定的数量的遇到该表面。这个量在受扩散影响的反应中起着核心作用，并决定了它们最常见的特性，如传播子、首次通过时间分布和反应速率。我们推导出明确的公式，表面跳跃传播和相关数量的几个欧几里德域：半空间，圆环，圆柱，球壳。这些结果为研究扩散介导的表面现象提供了理论基础。研究了“不朽”和“致命”粒子的表面跳跃传播子的行为。
2020-08-27 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Non adiabatic dynamics of photoexcited cyclobutanone: predicting structural measurements from trajectory surface hopping with XMS-CASPT2 simulations
本研究通过 XMS-CASPT2 模拟的轨迹表面跳跃方法，预测了环丁酮在 200 nm 激发下光解离的超快电子衍射信号，填补了理论模型预测超快实验结果的空白。
2024-02-16 physics.chem-ph
Non-Adiabatic Dynamics around a Conical Intersection with Surface-Hopping Coupled Coherent States
提出了一种推广的CCS方法[Chem.Phys.2004，304，p.103 -120]，用于模拟考虑原子核量子效应的非绝热动力学。在移动基组中求解了含时的薛定谔方程。基组由经典轨道引导，可以在不同的电子势能面之间随机跳跃。的非绝热过渡建模的Tully的最少开关算法的修改版本。轨道由核（相干态）相空间中的高斯曲线与电子波函数的振幅相结合组成。不同相干态之间的时间相关矩阵元素决定了总多态波函数中每个轨迹的振幅;对角矩阵元素决定了跳跃概率和梯度。以这种方式，干涉效应和非绝热过渡可以被描述在一个非常紧凑的方式，导致精确的解决方案，如果收敛相对于轨迹的数量是实现和势能面是已知的全球。该方法在圆锥形交叉点的2D模型上进行测试[J. Chem. Phys.，1996，104，p.5517]，其中核波包围绕两个势能面之间的简并点并与其自身发生干涉。这些干涉效应在经典的基于量子力学的分子动力学中是不存在的，但如果轨迹被表面跳跃耦合相干态所取代，则可以完全并入。
2016-02-12 physics.chem-ph
Quantum Quality with Classical Cost: Ab Initio Nonadiabatic Dynamics Simulations using the Mapping Approach to Surface Hopping
本文证明基于轨迹的非绝热动力学方法MASH可与从头算电子结构高效结合，以远低于波包方法的计算成本获得更精确的结果。
2024-05-07 physics.chem-ph
Two-Mode Floquet Fewest Switches Surface Hopping for Nonadiabatic Dynamics Driven by Two-Frequency Laser Fields
Westlake University（西湖大学）；Westlake Institute for Advanced Study（西湖高等研究院）
本文提出双模Floquet最少开关表面跃迁方法，用于双频激光场驱动的非绝热动力学模拟与控制协议设计。
2026-01-07 physics.chem-ph
Frozen Gaussian approximation with surface hopping for mixed quantum-classical dynamics: A mathematical justification of fewest switches surface hopping algorithms
Duke University（杜克大学）
本文基于冻结高斯近似开发了表面跃迁算法，用于求解 semiclassical 矩阵薛定谔方程，提供数学依据支持最少切换表面跃迁算法。
2017-03-22 cs.NA math-ph math.MP
A Reciprocal-Space Formulation of Surface Hopping
表面跳跃在描述电子激发倾向于局部化的分子现象方面取得了巨大的成功，但它在具有带状电子性质的材料中的应用仍然有限。在这里，我们推导出一个配方的最少开关表面跳跃的量子和经典的运动方程完全解决的倒数空间坐标。所得到的方法是直接兼容的能带结构计算，并允许有效的描述带状现象的截断的布里渊区。以Holstein和Peierls模型为例，我们证明了实空间和倒易空间表面跳跃之间的形式等价性，并评估了它们对平均场混合量子-经典动力学和数值精确结果的准确性。
2021-10-26 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Non-adiabatic Dynamics in a Laser Field with Floquet Fewest Switches Surface Hopping: The Need for An Accurate Treatment of Coherence and Decoherence Remains
我们研究了两种著名的方法，用于扩展最少开关表面跳跃（FSSH）算法周期性的时间依赖性耦合。第一种形式表现为瞬时绝热电子态是标准绝热态，它们恰好随时间演化。第二种形式主义用与时间无关的绝热Floquet态取代了通常绝热态的作用。对于一组改进的Tully模型问题，Floquet FSSH（F-FSSH）形式主义比瞬时绝热FSSH（IA-FSSH）形式主义给出了更好的透射和反射概率的估计。更重要的是，只有F-FSSH预测正确的最终散射动量。最后，为了准确地使用Floquet理论，我们发现，它是至关重要的考虑Floquet状态之间的干扰。我们的结果对所有对激光诱导分子动力学感兴趣的人都有意义。
2019-10-04 physics.chem-ph
Surface Hopping, Electron Translation Factors, Electron Rotation Factors, Momentum Conservation, and Size Consistency
针对标准表面跳跃算法不守恒核线动量与角动量的问题，提出通过平移基组和绕质心旋转基组修正导数耦合的方法，导出电子平移因子和新的电子转动因子，为相关计算解释和新算法开发提供支持。
2023-08-28 physics.chem-ph
Nonadiabatic nuclear dynamics of the ammonia cation studied by surface hopping classical trajectory calculations
应用Landau-Zener（LZ）型经典轨线表面跳跃算法，研究了基态中性分子光电离到阳离子激发态后氨阳离子的非绝热核动力学.该算法采用了最近提出的非绝热LZ跃迁几率公式，从绝热势能面导出。计算了基态和两个最低激发绝热态的布居数在200 fs范围内的演化。结果与基于相同势能面的前100 fs量子模拟结果吻合得很好。在4个不同的时间尺度上，我们观测到了原子核动力学：激发态之间的超快Jahn-Teller动力学（5 fs），激发态与基态之间的快速跃迁（20 fs），第一激发态布居到基态的相对缓慢的部分转换（100 fs），第二激发态布居到基态的相对缓慢的部分转换（100 fs）。并且由于所有三种状态之间的动态平衡，在大约120 fs之后几乎恒定的布居数。后者提供了一个可能的解释的实验证据，氨阳离子是非荧光。
2014-12-09 physics.chem-ph
Exact-Factorization-Based Surface-Hopping for Multi-State Dynamics
最近从精确因子分解方法导出的表面跳跃算法，SHXF，[Ha，Lee，Min，J.Phys.Chem.Lett. 9，1097（2018）]在表面跳跃的电子方程中引入了一个附加项，它通过量子动量耦合电子态。这个术语不仅提供了退相干的第一性原理描述，而且在这里，我们表明，当在任何给定时间占据两个以上的状态时，准确捕获非绝热动力学是至关重要的。使用振动耦合模型的尿嘧啶阳离子，我们表明，缺乏这一项在传统的表面跳跃方法，包括那些与消相干校正，导致无法预测的动态通过三态交叉，而SHXF执行类似的多配置时间相关的Hartree量子动力学基准。
2022-02-07 physics.chem-ph quant-ph
Surface hopping from the perspective of quantum-classical Liouville dynamics
在量子经典刘维尔动力学的背景下研究了最少开关表面跳跃。这两种方法都是混合量子经典理论，提供了一种描述和模拟多体系统非绝热量子动力学的方法。从量子经典刘维尔方程的表面跳跃的解决方案开始，它示出了如何最少的开关动力学可以通过丢弃负责退相干和限制伴随电子跃迁的核动量变化的那些事件之间发生的人口状态的条款。该分析提供了一些元素的信息，是必不可少的准确和计算易处理的算法的非绝热过程的建设。
2016-05-26 physics.chem-ph quant-ph
A multi-state mapping approach to surface hopping
本文提出一种多电子态适应的表面跳跃映射方法，将布居数与相干性同等处理，保证长时间极限下趋向正确平衡值，在多态模型中精度优于传统方法且适用更广。
2023-07-28 physics.chem-ph
The photodissociation dynamics and ultrafast electron diffraction image of cyclobutanone from the surface hopping dynamics simulation
本文基于轨迹表面跳跃方法预测了环丁酮的气相电子衍射（GUED）谱，揭示了其光诱导的超快非绝热动力学中C2和C3通道的主导作用，为监测飞秒分子结构演化提供了独特视角。
2024-02-14 physics.chem-ph
On the use of QM/MM Surface Hopping simulations to understand thermally-activated rare event nonadiabatic transitions in the condensed phase
我们实现了一个罕见事件的采样方案，用于量化的热激活的非绝热相变率在凝聚相。我们的QM/MM方法使用最近开发的INAQS包之间的基本电子结构包和一个流行的开源分子动力学软件（GROMACS）的接口，以模拟在乙腈溶剂分子的溶液中的两个固定离子之间的电子转移事件。非绝热效应是通过表面跳跃计划和我们的模拟实现进一步的定量洞察溶剂的参与率和离子分离距离的影响，只要促进电子转移。我们还表明，标准的气相方法治疗受挫跳和速度反转时，必须完善工作在凝聚相与许多自由度。这里开发的代码和方法可以很容易地扩展和修改，以纳入其他系统，并应提供大量的新的洞察到各种各样的凝聚相非绝热现象。
2023-03-22 physics.chem-ph
Surface hopping methodology in laser-driven molecular dynamics
利用分子波函数的精确因式分解的形式给出了激光驱动分子动力学的经验表面跳跃方法的理论证明[Abedi等人，PRL $\textbf{105}$，123002（2010）]在其量子经典极限中。采用一个完全可解的$\textrm H_2^{\;+}$样模型系统，它表明，在这种方法中，确定性的经典核运动在一个单一的时间相关的表面上描述了相同的物理随机（跳跃诱导）运动在几个表面上，提供Floquet表面应用。这两种量子经典方法都能很好地描述极端不同解离情形下的精确核波包动力学。使用Born-Oppenheimer曲面或瞬时Born-Oppenheimer曲面的跳跃方案完全失败。
2016-09-01 physics.atom-ph physics.chem-ph quant-ph
A variational surface hopping algorithm for the sub-Ohmic spin-boson model
Davydov D1模型为每个自旋状态分配了一个单独的玻色子轨迹，是一种有效的，但非常准确的亚欧姆自旋玻色子模型的时间依赖性变化的试验状态[J. Chem. Phys. 138，084111（2013）]。采用Davydov D1模型发展了一种表面跳跃算法，用于研究亚欧姆玻色子浴中的自旋动力学。该算法统一考虑了粒子群演化的相干和非相干动力学，与半经典表面跳跃算法相比，计算的跳跃率更接近Marcus公式.
2013-06-21 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph physics.comp-ph
TDDFT Gradients and Nonadiabatic Couplings with Minimal Auxiliary Basis Set Approximation for Fewest-Switches Surface Hopping Dynamics
ByteDance Seed（字节跳动种子）；New Cornerstone Science Laboratory, College of Chemistry and Molecular Engineering, Peking University（新基石科学实验室，北京大学化学与分子工程学院）
本文提出一种高效计算非绝热分子动力学中电子结构的方法，结合密度泛函理论与最小辅助基组近似，提升计算效率并减少计算成本。
2026-05-07 physics.chem-ph
Fewest-Switches Surface Hopping with Combined Deep Learning Potential and Long Short-Term Memory Network Propagator for Simulating Realistic Photochemical Processes
Key Laboratory of Theoretical and Computational Photochemistry of Ministry of Education, College of Chemistry, Beijing Normal University（教育部理论计算光化学重点实验室，北京师范大学化学学院）；Department of Chemistry, University of Washington（华盛顿大学化学系）
本文提出扩展的LSTM-FSSH框架，通过重新设计LSTM输入特征和训练过程，结合等变神经网络构建势能面，高效模拟真实光化学反应，准确再现激发态寿命和产物产率。
2026-05-22 physics.chem-ph
MLatom software ecosystem for surface hopping dynamics in Python with quantum mechanical and machine learning methods
本文提出开源MLatom@XACS软件生态系统，通过Python API结合量子力学与机器学习方法实现基于LZBL算法的实时面跳跃非绝热动力学，并提供AIQM1模型和自动化脚本，以低成本高效模拟光化学过程。
2024-04-09 physics.chem-ph
Which Electronic Structure Method to Choose in Trajectory Surface Hopping Dynamics Simulations? Azomethane as a Case Study
本研究以偶氮甲烷为例，通过对比多种电子结构方法在轨迹表面跳跃动力学中的表现，发现多参考方法最优，TD-DFT/TDA与ADC(2)虽可行但会高估非辐射衰变产率。
2024-05-27 physics.chem-ph
On the Proper Derivation of the Floquet-based Quantum Classical Liouville Equation and Surface Hopping Describing a Molecule or Material Subject to an External Field
研究了激光驱动电子-核动力学中基于Floquet的量子经典Liouville方程（F-QCLE）的两种推导方法。第一种方法是将标准QCLE的算符形式投影到非绝热Floquet基上，然后变换到绝热表示。第二种方法直接将QCLE投影到Floquet绝热基上。这两种方法产生的形式是类似于通常的QCLE有两个修改：1。将电子自由度扩展到无穷维。2.核运动遵循Floquet准能面。然而，第二种方法包括一个额外的交叉导数的力量，由于时间和核运动的Floquet绝热状态的双重依赖。我们的分析和数值试验表明，这种交叉导数的力量是一个人工制品，这表明人们不能安全地交换顺序的Floquet状态投影与绝热变换。我们的结果与Izmaylov等人的类似发现一致，他发现变换到绝热表示必须是最后一个应用的操作，尽管现在我们已经把这个结果推广到含时哈密顿量。本文及F-QCLE的正确推导为进一步改进Floquet曲面跳跃奠定了基础。
2020-08-24 physics.chem-ph
Efficient and accurate surface hopping for long time nonadiabatic quantum dynamics
量子经典刘维尔方程提供了一个严格的方法，非绝热量子动力学的基础上表面跳跃型轨迹。然而，在实践中，这种方法的适用性已被限制在短时间内，由于不利的数值缩放。在本文中，我们表明，这个问题可以得到缓解，结合它与一个正式的确切的广义量子主方程处理。这使得在非绝热制度的方法的效率显着提高，使其计算处理的量子动力学的复杂系统长时间。我们证明了我们的方法，通过将其应用到凝聚相电荷转移模型，我们的方法被证明是数值精确的制度，其中最少开关表面跳跃和平均场的方法无法获得正确的速率或长时间的人口。
2015-01-13 physics.chem-ph quant-ph
Analysis of Trajectory Similarity and Configuration Similarity in On-the-Fly Surface-Hopping Simulation on Multi-Channel Nonadiabatic Photoisomerization Dynamics
我们提出了一个“自动”的方法来分析的结果的飞行轨迹表面跳跃模拟的多通道非绝热光异构化动力学考虑的轨迹相似性和配置相似性。我们选择了一个有代表性的系统phytochromobilin生色团模型来说明分析协议。在获得大量轨迹后，可以通过Fréchet距离定义不同轨迹的相似性，并采用轨迹聚类分析将所有轨迹划分为若干簇。原则上，每个簇代表光诱导异构化反应通道。这一思想为理解多通道光异构化动力学的分支比提供了一种有效的途径。对于每个集群的降维是用来理解的配置相似性的轨迹传播，这提供了在每个反应通道的主要几何演化特征的理解。结果表明，该分析方法不仅能将所有的轨道分配到不同的光异构化反应通道，而且能在不需要已知活性光异构化位点的前提下提取出主要的分子运动.作为这个分析工具的副产品，我们还可以很容易地找到每个反应通道的所谓“典型”或“代表性”轨迹。
2018-07-10 physics.chem-ph
A Surface Hopping Gaussian Beam Method for High-Dimensional Transport Systems
National University of Singapore（新加坡国立大学）；Duke University（杜克大学）
本文提出一种表面跳跃高斯束方法，用于高频率线性输运系统的数值求解，结合随机表面跳跃与高斯束方法处理高维输运系统的多特征方向，算法具有并行计算优势。
2017-03-13 cs.NA math.NA physics.chem-ph
Surface hopping molecular dynamics simulation of ultrafast methyl iodide photodissociation mapped by Coulomb explosion imaging
提出高效表面跳跃动力学方法，模拟甲基碘光解离及库仑爆炸，与实验吻合，揭示圆锥交叉导致的12飞秒分叉，适用于统计依赖和稀有通道模拟。
2024-11-05 physics.chem-ph
Improved sampling and validation of frozen Gaussian approximation with surface hopping algorithm for nonadiabatic dynamics
Duke University（杜克大学）
本文提出改进的FGA-SH方法，利用出生和死亡分支过程提升采样效率，并通过标准非绝热动力学测试案例验证算法有效性。
2016-09-08 cs.NA math.NA physics.chem-ph
Learning Optimal Decoherence Time Formulas for Surface Hopping Simulation of High-Dimensional Scattering
本研究将此前提出的机器学习获取面跳跃模拟最优退相干时间公式的方法从一维拓展至多维度核系统，通过定义有效核动能构建高阶描述符，仅用少量训练数据即得到性能远超现有公式的最优公式。
2025-10-22 physics.chem-ph
