朱超原

男， 华南师范大学化学与环境学院， 教授/研究员/教授级高工或同等级别

学习/工作经历

Education
中国四川大学物理系 学士 1978年3月 ~ 1982年2月
中国四川大学物理系 硕士 1982年2月 ~ 1985年2月
中国科学院上海原子核研究所 核物理博士 1987年9月 ~ 1990年7月
日本分子科学研究所 化学物理博士 1990年10月 ~ 1993年10月
Working
中国四川大学物理系 讲师 1985年3月 ~ 1987年8月
日本分子科学研究所 助理教授 1993年10月 ~ 2002年10月
美国明尼苏达大学 资深博士后研究员 2002年10月 ~ 2005年7月
台湾国立交通大学应用化学系 助理教授 2005年8月 ~ 2007年7月
副教授 2007年8月 ~ 2011年7月
教授 2011年8月~
华南师范大学 教授 2016年6月~

研究领域和兴趣

理论化学物理

主要业绩

从事非波恩-奥本海默近似下多个激发态势能面及非绝热分子反应动力学及分子光谱理论计算相关基础研究。提出了在反应动力学领域应用广泛的Zhu-Nakamura理论和得到分子光谱及速率的anharmonic effect的解析表达式。先后在日本、美国等国际著名高校和研究机构从事量子化学理论方法和计算化学的应用等研究工作，提出了在反应动力学领域应用广泛的Zhu-Nakamura理论，并推导得到分子光谱及速率非谐效应的解析表达式。在国际重要学术期刊如Phys. Rev. Lett., Acc. Chem. Res., J. Chem. Phys., J. Phys. Chem. C，Phys. Chem. Chem. Phys等发表SCI论文150余篇。主要学术贡献、重要研究成果如下：
1）非绝热分子反应动力学的发展与创新性研究
申请人朱超原教授在Nakamura研究的基础上，发展了介于经典与量子之间的半经典的从一维到三维及至多维度的非绝热分子反应动力学理论，在学术界被公认为Zhu-Nakamura理论，在分子反应动力学理论研究领域得到了广泛的应用。因其具有解析表达式，避免了大量不必要的数值拟合与计算过程，从而节省大量的计算时间，极大的促进了量子与半经典混合动力学的发展，同时促进了非绝热跃迁、隧穿效应、相干与退相干等量子效应理论的发展，使化学反应的基本原理与微观机制研究又向前迈进了一步。Zhu-Nakamura理论中Trajectory Surface Hopping (TSH)方法是目前研究非绝热分子反应动力学最普适的方法。如美国华盛顿大学的一个研究小组在国际著名杂志Phys. Rev. Lett.上发表基于Zhu-Nakamura理论的TSH方法发展的TSH含时Kohn-Sham密度泛函理论方法。从而可以解决基于平均场方法无法解决的理论研究纳米电子学中的电流致热问题、量子点和碳纳米管中的电荷动力学问题及生物发色团的弛豫问题；又如北京师范大学的方维海院士采用Zhu-Nakamura理论研究并解释了溴乙酰氯光解离时α与β键解离选择性的问题；中国科学与技术大学赵仪教授与梁万珍教授基于Zhu-Nakamura理论发展了弥补绝热与非绝热之间空白的普适的电子转移速率理论；大连化学物理研究所的韩克利研究员，采用Zhu-Nakamura理论研究了DH+和HD+反应的三维非绝热动力学并研究了偶氮苯分子的光异构化非绝热从头算动力学，得到的理论结果均能很好的解释实验观测现象；日本北海道大学的一个研究小组采用Zhu-Nakamura研究偶氮苯在第一激发态光异构化的机制，也得到了与实验吻合非常好的结果等等。最近申请人基于最实用的非绝热分子反应动力学方法，On-the-fly TSH方法，最新推导出的解析式仅需电子态的绝热势能面即可计算非绝热跃迁几率。新方法增强了用TSH方法模拟大分子体系非绝热反应动力学的能力，特別是对与生物和材料相关的动力学过程，且不需算非绝热耦合矢量或势能面交叉缝，因其简便实用对实验学家也适用。
2）分子光谱模拟理论的发展与创新性研究
申请人朱超原教授发展了解析的非谐Franck-Condon 公式能应用到模拟分子的吸收光谱、荧光光谱和内转换速率的计算。模拟了绿色荧光蛋白生物分子的吸收与荧光光谱及分子内转换速率，并探讨溶剂效应的影响，这是生物分子领域的重要前沿研究课题。Franck-Condon 理论与模拟分子光谱和分子内部转化率的发展，染料分子与半导体接口处的光谱和电子转移动力学理论的发展，多原子分子间电子与质子转移，从气相到凝缩相反应速率及动力学理论与计算方法的发展。将先进的量子化学理论方法与实验科学相结合，利用理论计算的优势从原子分子水平分析分子反应的本质，从而预测材料的结构与性质，分析解释实验现象。如通过计算模拟生物体系中生物蛋白质分子发光的机制并揭示他们在生命体系中的重要作用、非线性光学材料的理论和应用、新型染料电池催化设计、电材料计算辅助设计、理论化学及其在空间科学中的应用、有机光电材料载流子传输与能源模拟等等。
3） 最近，时间相关的密度泛函理论TDDFT已经被开发用于计算大规模系统的激发态特性，以高精度计算生物分子和纳米材料，特别是对于从头算非绝热分子动力学模拟。因此，TDDFT是对大型复杂系统进行精确模拟的几乎唯一有效的方法。最近发展的精确全局切换轨迹表面跳跃分子动力学模拟方法,被证明是最合适结合TDDFT势能面的非绝热动力学模拟。

代表成果

代表论文
1.C. Zhu, “Unified semiclassical theory for the two-state system: Analytical solutions of scattering matrices,” J. Chem. Phys. 105, 4159 (1996).
2.C. Zhu, H. Nakamura and K. Nobusada, “Electronically adiabatic chemical reactions analyzed by the semiclassical theory of nonadiabatic transition,” Phys. Chem. Chem. Phys. 2, 557 (2000).
2.C. Zhu, Y.Teranishi and H. Nakamura, “Nonadiabatic Transitions due to Curve Crossings: Complete solutions of Landau-Zener-Stueckelberg Problems and Their Applications,” Adv. in Chem. Phys. 117, 127 (2001).
3.C. Zhu, A. W. Jasper and D. G. Truhlar, “Non-Born-Oppenheimer Liouville-von Neumann dynamics. Evolution of a subsystem controlled by linear and population- driven decay of mixing with decoherent and coherent switching,” J. Chem. Theory Comput.. 1, 527 (2005).
4.C. Zhu* and S. H. Lin, “Unified semiclassical theory for the two-state system: An analytical solution for general nonadiabatic tunneling,” J. Chem. Phys.125, 044104 (2006).
5. L. Yang, C. Zhu*, J. G. Yu, and S. H. Lin, “Franck-Condon Simulation of the Absorption and Fluorescence Spectra for the Low-Lying S1 and S2 Excited States of Pyrimidine,” Chem. Phys. 400,126 (2012).
6. L. Yu, C. Xu, Y. Lei, C. Zhu*, and Z. Wen, “Trajectory based nonadiabatic molecular dynamics without calculating nonadiabatic coupling in the avoided crossing case: Trans↔cis photoisomerization in azobenzene”, Phys. Chem. Chem. Phys.,16, 25883-25895 (2014).
7.C. Zhu*, “Restoring electronic coherence/decoherence for a trajectory-based nonadiabatic molecular dynamics”, Sci. Rep. 6, 24198 (2016).
8. Chaoyuan Zhu*, “Anharmonic and Damped Correction to Displaced Franck–Condon Factors for Simulating Molecular Absorption and Fluorescence Spectra”, Chin. J. Chem. Phys., 38, 546 (2025).
9. Chaoyuan Zhu*, “Analytical Switching Algorithms for Global Trajectory Surface Hopping Molecular Dynamics Simulation”, J. Chem. Theory Comput. 21, 7729 (2025).
著作
1.Chaoyuan Zhu, Semiclassical Nonadiabatic Molecular Dynamics: Theory and Simulation with and without Classical Trajectories (Challenges and Advances in Computational Chemistry and Physics Volume 38),Springer Nature Singapore Pte Ltd. 2024.
2.“Time-Dependent Density Functional Theory: Nonadiabatic Molecular Dynamic”, Edited by Chaoyuan Zhu, Jenny Stanford Publishing Pte Ltd. 2023.

最近重要学术会议邀请报告
1.C. Zhu, “Trajectory-Based Nonadiabatic Molecular Dynamics without Calculating Nonadiabatic Coupling: A Complete Picture of Photoisomerization for Azobenzene”, the 15th International Congress of Quantum Chemistry (ICQC-Theory for quantum effects of complex systems), Beijing, China, June, 2015.

2. C. Zhu, “Non-adiabatic ab initio molecular dynamics simulations with the Zhu-Nakamura analytical
switching method”, 13th Asian International Seminar on Atomic and Molecular Physics (AISAMP 13),
Mumbai, India, December 2018.

3. C. Zhu, "Global switching algorithm for trajectory surface hopping molecular dynamics simulation on on-the-fly TDDFT potential energy surfaces", Theories of Molecular Processes and Spectra based on the Quantum-Classical Synergy.
September, Bordeaux-CECAM, France, 2022

4. C. Zhu, "Global switching algorithm for trajectory surface hopping molecular dynamics simulation within time dependent density functional theory", 5th Conference of Theory and Applications of Computational Chemistry (TACC), September, Sapporo, Japan, 2023 .

5. C. Zhu, "Global switching trajectory surface hopping molecular dynamics simulation with TDDFT potential energy surfaces", 11th Triennial Congress of the International Society for Theoretical Chemical Physics , October. Qingdao, China, 2024.

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