中科院院士刘若庄逝世,系全球最早进行电子结构计算的学者之一

科学
中科院院士刘若庄逝世,系全球最早进行电子结构计算的学者之一
麻省理工科技评论 2020-10-09

2020-10-09

刘若庄开创了中国电子结构计算,并持续推动中国计算量子化学的发展。
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刘若庄开创了中国电子结构计算,并持续推动中国计算量子化学的发展。

中国著名物理化学家、中国计算化学的奠基人、中国科学院院士、北京师范大学化学学院教授刘若庄先生因病医治无效,于 2020 年 10 月 8 日零时三十五分在北京逝世,享年 95 岁。

中科院院士刘若庄逝世,系全球最早进行电子结构计算的学者之一

图 | 刘若庄(来源:刘若庄百科)

刘若庄开创了中国电子结构计算,并持续推动中国计算量子化学的发展。与此同时,他也是国际上最早进行电子结构计算的学者之一,在国内甚至是国际上都享有很高的声望。

他长期从事分子间相互作用、化学键和化学反应理论的研究,先后在氢键、配位场理论方法、有机导体和半导体理论计算、激发态势能面和光化学反应机理探索等方面取得了丰硕成果。

其曾将量子化学理论和计算方法,应用于研究化学反应途径和沿反应途径的动态学问题,形成了达到国际水平的系统研究成果。

回望他的一生,从高中毕业后,一辈子都在研究化学。

1925 年 5 月 25 日,刘若庄出生于一个职员家庭,一家 7 口全靠父亲一人维持生计,父母对孩子的教育非常重视,兄弟姐妹都进入当时师大第二附属小学读书。

1943 年,高中毕业后,他考入辅仁大学化学系。大学期间,刘若庄依靠每年获得的奖学金完成了学业。

1947 年秋,刘若庄于辅仁大学化学系毕业,并考入北京大学化学系研究生。其间,他先师从袁翰青教授进行有机化学研究,以实验方法研究氢键体系,这让他日后与氢键乃至整个有机化学理论研究结下不解之缘。后来,刘若庄转入孙承谔教授名下开始物理化学研究。

1950 年,刘若庄从北京大学研究生毕业后留校任教,1952 年到北京师范大学化学系从事教学科研工作。

1978 年,刘若庄创建了北京师范大学量子化学研究室,该研究室是中国运用量子化学手段研究实际化学体系的重要基地,也是中国理论化学对外联系的重要窗口之一。1999 年,刘若庄当选为中国科学院院士。

具体来说,刘若庄曾取得了一系列在国内外具有较大影响的科研成果。

一是与合作者一起,在国内首先采用能量梯度和内禀反应坐标(IRC)方法研究有机化学问题,尤其是对系列反应的反应机理进行深入探讨和分析,在研究过程中提出了一些新观点,对方法进行了改进、扩充和发展。

二是与合作者一起创造性地应用 CASSCF 和 MR-CI 组合方法,研究光诱导的化学反应机理,将态相关图与定量计算相结合,研究了多个光化学反应,对有争议的反应如亚硝酸甲酯的光解反应,支持与量子效率实验一致的首先光解而不是内消除的反应机理。分析了 C1SP 不易被实验观测到的原因并推测它在光化学反应中存在的可能性,证实了丙烯醛光解的机理。

三是对一系列重要自由基和小分子基元反应进行了系统研究,完成了在反应途径基础上的直接动态学计算(不借助反应全势能面),获得反应过程中各振动模式与反应坐标的耦合常数及其变化,同时获得各振动模式的能量变化,首次从理论计算上证实了不直接断裂键的振动激发可促进反应的实验现象。

在有机导体和半导体的理论和应用研究方面,刘若庄同样做出了具有自己特色的创造性工作:

在二十世纪六七十年代的动荡中,他在唐山大地震强烈波及北京地区的艰难环境下,完成了国内第一篇运用量子化学计算方法研究实际体系的论文,较好地解释了砷化镓在氧离子注入后的半导体特性。

1987 年,他在从头算基础上提出了定量微扰晶体轨道新方法,并用于研究导电高分子的结构和性能。

1990 年,他将晶体轨道法扩展到含过渡金属原子的线性高聚物,推导了新的矩阵元公式并使之程序化,用以研究过渡金属夹心高聚物。

1993 年他还用形变势理论研究了准一维电荷迁移晶体中电子与声子的相互作用,首次推导出电声子耦合常数的显式,从而得到计算一维导体发生 Peierls 相变温度 Tp 的公式,证明 Peierls 相变主要来自于电—声相互作用,而电子—电子相互作用是次要的。

1996 年,他在内坐标形式的核动能算符建立的方法中又进行了探索性工作:提出并运用相对简单的角动量方法推导了四粒子体系在分子坐标系中的核动能算符,并将该方法推广用于多原子分子体系,同时通过引进参数使得核动能算符能够用于不同类型的分子坐标系和适宜于研究不同的振转问题。

讣告称,刘若庄先生丧事从简,遗体告别仪式定于 2020 年 10 月 12 日上午 9 点在八宝山殡仪馆竹厅举行。

北京师范大学党委书记刘川生曾评价他称:“刘若庄院士是一位‘热爱科学、追求真理’的‘好老师’。”

据悉,截止 2018 年,刘若庄为国家培养了博士和硕士 50 余人,同时开办过多期量子化学计算短训班、师资培训班和助教进修班。这些学生和学员在各个工作岗位上为理论化学的发展做出了贡献,其中多人成为学术带头人。

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