核心目标：本项目围绕太赫兹量子电磁学多物理场并行仿真，开展太赫兹材料与器件计算机实验研究，研究解决提升太赫兹量子级联激光器工作温度的关键科学与技术问题，完成太赫兹材料光谱第一性原理计算和宏观多物理场性能分析。

　　建设内容：

　　▶高效密度泛函(DFT)计算平台

　　解决超大体系的金属、半导体、绝缘体、液体、DNA、1维、2维、3维、表面、分子、磁性、非磁性、杂质、固体等等不同系统的材料电磁特性仿真。建立宏观理论和微观机制的桥梁。目前课题组成员从事固态电池电化学性能，室温下热电材料性能优化，热障涂层，高熵合金，高强度铝合金，耐海水腐蚀硬质涂层等研究方向。

　　▶基于非平衡格林函数的材料计算和电子器件量子输运模拟平台

　　进行零或有限偏压下的电子透射谱计算和分析;透射系数与偏置电压在任何指定的能量计算和分析;垂直于输运方向动量分辨的电子透射谱计算和分析;自旋分辨的透射谱的计算和分析;散射矩阵及其本征态计算和分析;电导、电阻和磁阻的计算和分析;电流-电压特性的计算和分析;自旋极化电流的计算和分析;散射态和实空间波函数的计算和求解;散射态和原子轨道空间波函数的计算和求解;非平衡格林函数的计算和求解;哈密顿量矩阵、轨道交叠矩阵的计算和求解。课题组准备开展半导体异质结超晶格器件仿真—对太赫兹量子级联激光器(THz-QCL)设计有重要参考意义。

　　▶人工智能驱动的材料筛选平台

　　结合机器学习和材料信息学，低成本，高效率地进行材料虚拟筛选，广泛应用于有机小分子、无机晶体等材料的虚拟筛选。实现筛选流程自动化和材料逆向设计。进行设计材料成分、控制微观组织和优化制备工艺，基于材料基因数据库的多尺度材料设计系统的建立及应用，实行虚实互补，同时结合材料基因数据库优化计算平台，以实现新材料设计与制备的一体化实验模式，建立安全可靠、可视化的虚拟仿真资源。材料逆向设计这个方案可以广泛应用于课题组成员的多个研究方向，包括优化锂离子电池负极材料--硬碳，量子电磁效应--卡西米尔力的调控需要优化介电常数，高熵合金的材料配合比优化等等。

　　▶宏观材料多物理场分析平台

　　包括有限元力学疲劳寿命分析和热疲劳寿命分析，太赫兹器件和天线设计对接所需电磁场分析等。是第一性原理计算连接材料微观和宏观性质后，将研究链条进一步延长，在宏观尺度对材料的力，热，光，电多物理场性质做进一步数值仿真，可以分析如冲击和爆炸这样短暂、瞬时的动态事件，模拟加工成形过程中改变接触条件的问题、结构抗震分析、瞬态热传导分析、跌落分析等等。还可以根据实际载荷工况将结果比例迭加以产生工作应力时间历程;也可换算成特定类型载荷作用下的弹塑性应力。辅助课题组成员在以下方向取得进展，包括新能源材料用于汽车上时需做耐受汽车颠簸分析，高强度铝合金需做抵抗瞬态冲击的数值分析，热障材料需做多次热循环下的疲劳寿命分析等等。