准确描述分子和材料体系中电子的电离与亲和过程,是理解分子光电子能谱和材料电子性质的重要基础。GW近似是计算这类激发的常用多体理论方法,但在化学键拉伸、自由基和过渡金属配合物等强关联体系中,多个电子组态往往同时发挥重要作用,传统单参考GW可能出现定性错误。如何在统一理论框架下同时处理强关联与动态屏蔽,是发展可靠光谱计算方法的重要问题。
国产探花 和高等研究院的方维海院士团队李振东老师课题组长期致力于强关联体系与激发态的量子化学理论研究。近年来,课题组发展了以包含电子相互作用的多组态波函数为参考态的广义多体微扰理论,通过图形重求和建立了多参考随机相位近似(MR-RPA),并统一了粒子-空穴与粒子-粒子通道的理论表述[J. Phys. Chem. Lett. 16, 3047–3055 (2025); J. Chem. Phys. 163, 174101 (2025)],为进一步计算强关联体系的电子激发性质奠定了基础。
在此基础上,课题组近期提出了多参考GW(MR-GW)近似。该方法在活性空间参考态中非微扰地处理强关联,再利用MR-RPA描述剩余相互作用的动态屏蔽,并通过广义图形展开与Dyson方程构建可计算的格林函数近似。当活性空间为空时,MR-GW严格退化为标准GW。对铍原子、拉伸氢分子和臭氧的测试表明,该方法能够描述传统GW遗漏或严重误判的关联卫星峰,改善主要电离与电子亲和能的计算精度,并以较小活性空间恢复臭氧前三个电离态的正确排序(见图1)。这一工作为强关联分子光谱计算提供了新的理论途径,也为进一步研究关联缺陷及d、f电子体系奠定了方法基础。

图1 MR-GW恢复臭氧前三个电离态的正确排序。
该成果近期以“Diagrammatic Route to Multireference GW for Strongly Correlated Molecules”为题发表于《Physical Review Letters》[Phys. Rev. Lett. 137, 176402 (2026)]。王雨奇博士后为第一作者,李振东教授为通讯作者。该工作得到了国家科技重大专项和中央高校基本科研业务费资助。论文链接://doi.org/10.1103/y5vk-b5xg。