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功能梯度材料（FGM）是一类组分或微观结构在空间上连续变化的复合材料，由此产生具有位置依赖性的力学与功能特性。近年来，随着增材制造技术实现组分与取向的精确空间调控，这类材料获得广泛关注。然而其梯度化、非周期结构打破了布洛赫定理的基本假设，使得第一性原理电子与电磁计算面临挑战。本研究建立了功能梯度材料电磁特性的从头算量子理论框架：通过非相互作用电子模型构建了调制布洛赫态理论，推导出有效场方程，并提出广义WKB方法（GWKB）、有效质量近似、玻尔兹曼方程及数值算法进行求解。该团队提出的GWKB解并非半经典近似，在完全量子体系中依然适用。研究表明，电导率、磁导率和介电常数等有效观测量在梯度介质中通常无法用张量描述，而通过设计取向梯度可实现朗道量子化的精确调控。作为器件应用范例，研究人员进一步建立了具有电子可调谐性的梯度p-n结理论。该框架为梯度复合材料的预测性设计奠定了量子理论基础，为AI加速发现新一代功能架构提供了可能。