An efficient solution to the decoherence enhanced trivial crossing problem in surface hopping

非绝热的 量子退相干 表面跳跃 绝热过程 物理 电子 量子力学 电荷(物理) 波函数 趋同(经济学) 区间(图论) 统计物理学 量子 数学 组合数学 经济 经济增长
作者
Xin Bai,Jing Qiu,Linjun Wang
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:148 (10) 被引量:38
标识
DOI:10.1063/1.5020693
摘要

We provide an in-depth investigation of the time interval convergence when both trivial crossing and decoherence corrections are applied to Tully’s fewest switches surface hopping (FSSH) algorithm. Using one force-based and one energy-based decoherence strategies as examples, we show decoherence corrections intrinsically enhance the trivial crossing problem. We propose a restricted decoherence (RD) strategy and incorporate it into the self-consistent (SC) fewest switches surface hopping algorithm [L. Wang and O. V. Prezhdo, J. Phys. Chem. Lett. 5, 713 (2014)]. The resulting SC-FSSH-RD approach is applied to general Hamiltonians with different electronic couplings and electron-phonon couplings to mimic charge transport in tens to hundreds of molecules. In all cases, SC-FSSH-RD allows us to use a large time interval of 0.1 fs for convergence and the simulation time is reduced by over one order of magnitude. Both the band and hopping mechanisms of charge transport have been captured perfectly. SC-FSSH-RD makes surface hops in the adiabatic representation and can be implemented in both diabatic and locally diabatic representations for wave function propagation. SC-FSSH-RD can potentially describe general nonadiabatic dynamics of electrons and excitons in organics and other materials.

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