作者艾米丽·维拉斯科，加州理工学院 学分:加州理工学院 加州理工学院开发的一种新软件使得研究材料中电子的行为变得更加容易——甚至是已经预测到但还不存在的材料
这款名为“微扰”的软件在研究人员中越来越受欢迎
微扰在量子水平上计算电子如何在材料中相互作用和移动，提供了关于所谓电子动力学的有用微观细节
例如，这种模拟允许研究人员预测在给定温度下，金属或半导体之类的东西的导电性能，或者材料中的电子对光的反应
应用物理和材料科学助理教授马尔科·贝尔纳迪说，该软件目前大约有250名活跃用户
微扰是由贝尔纳迪的实验室开发的，由贝尔纳迪和前博士后、现北京理工大学助理教授周金健领导的团队共同努力
微扰可以模拟电子如何穿过材料与构成材料的原子相互作用
当电子流过时，它们会与这些总是在振动的原子碰撞
这些碰撞发生的方式和频率决定了材料的电学性质
同样的相互作用也控制着受光激发的材料的行为，例如在太阳能电池或超快光谱实验中
后者在非常短的时间尺度上(低至百万分之一秒，一飞秒)研究电子和原子的运动，微扰提供了新的计算工具来解释这些先进的实验
“通常，限制电子传输的主要机制是原子运动，或所谓的声子，”贝尔纳迪说
“能够计算这些电子-声子相互作用，使得对输运和超快动力学的研究变得可能、准确和有效
人们可以用这种方法研究大量化合物的微观物理，并利用这些信息来制造更好的材料
" 贝尔纳迪说，微扰代表了该领域的一大进步，在过去，该领域主要依赖于基于现实世界实验的简单模型
“在20世纪80年代，研究简单半导体中电输运的论文包含了描述电子相互作用的数十个参数的表格
从那以后，这个领域并没有真正发展到那种程度，”他说
扰动的第一个版本是在一年多前发布的，从那以后它已经稳定地获得了用户
贝尔纳迪的小组去年秋天举办了两次虚拟研讨会，培训了数百名微扰的新用户，其中一些来自加州理工学院的研究小组，贝尔纳迪说
贝尔纳迪说，微扰是为在现代超级计算机上运行而设计的，在本月发表在《计算机物理通信》杂志上的一篇论文中，微扰研究小组证明了它能够在具有数千个处理核心的计算机上高效运行
它还被设计成充分利用下一代大型计算机，即所谓的超级计算机
“在未来的十年里，我们将继续扩展我们代码的能力，并使其成为电子动力学第一原理计算的基础，”贝尔纳迪说
“我们对该代码的目标非常远大
它目前可以研究传输过程和超快动力学，但在未来，代码能力和我们可以解决的问题类型将继续增长
" 描述微扰的论文，标题为“微扰:从头算电子-声子相互作用、电荷传输和超快动力学的软件包”，发表在《计算机物理通讯》上
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