MaxwellLink:一个用于自洽光-物质模拟的统一框架

光-物质模拟面临的主要挑战在于如何弥合电动力学与分子动力学之间悬殊的时间与空间尺度差异。当前计算方法通常需要对电磁场(EM)或材料组分进行经验性近似处理,这制约了复杂光-物质体系的探索。本研究开发了MaxwellLink——一个模块化开源的Python框架,可实现经典电磁场与大型异质分子系综相互作用的大规模并行自洽传播。该软件包采用稳健的TCP/UNIX套接字接口,将电磁求解器与多种外部分子驱动程序耦合。这种解耦架构使用户无需修改对应模块即可自由切换电磁求解器或分子的理论层级。关键的是,MaxwellLink支持从单模腔到全功能三维时域有限差分(FDTD)引擎的各类电磁求解器,以及多能级开放量子系统、力场与第一性原理分子动力学、非绝热实时Ehrenfest动力学描述的分子体系。基于套接字的设计使电磁引擎与分子驱动程序可独立扩展至多个高性能计算(HPC)节点,实现了现有数值方案难以企及的大规模模拟。通过超辐射、辐射能量转移、布拉格谐振器中振动强耦合以及分子气体等离子体加热等应用案例,验证了该代码的多功能性与精确性。MaxwellLink通过提供统一可扩展的计算引擎,有望成为探索光谱学、量子光学、等离子体激元学和极化激元学等领域新兴现象的强大平台。
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作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2025-12-05 21:51

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