电子科技大学数学学院李茂军教授在Journal of Computational Physics发表研究成果
文章导读
金属纳米结构的光学模拟面临经典模型失效与量子计算昂贵的双重困境。李茂军教授团队在《Journal of Computational Physics》发表的研究，构建了能精准捕捉电子溢出和隧穿效应的量子校正模型，并设计出高阶间断有限元数值解法。该方法在保持计算效率的同时，实现了纳米级光学现象的高精度模拟，为二聚体结构等复杂系统的光电特性研究提供了可靠计算框架。这项突破性工作将助力新型纳米光学器件的设计与优化，推动量子光学计算领域的发展。
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近日，数学科学学院李茂军教授、徐立伟教授与北京邮电大学吕茂辉副研究员合作，在《Journal of Computational Physics》发表题为“Efficient modeling and computation for optical phenomena in small-scale metallic nanostructures”的研究论文。徐立伟教授为该论文的唯一通讯作者。
金属纳米结构中的光学传播问题可以由经典Drude模型描述。然而，当材料的尺寸非常小（数纳米）时，该模型无法描述电子溢出、电子隧穿等微观量子效应，存在明显局限。而第一性原理计算虽可精确刻画，却因涉及成百上千自由电子，计算成本高昂。
该工作从金属纳米结构的电子系统出发，在宏观尺度构建了可有效反映电子溢出与隧穿效应的量子校正模型，并设计了高效、稳定的高阶间断有限元方法进行数值求解，同时完成了严格的稳定性分析与误差估计。数值实验表明，该方法不仅具有高阶收敛精度，还能准确模拟金属纳米结构中的电子溢出及二聚体结构中的电子隧穿现象，为小尺度金属纳米光学行为的模拟提供了可靠且高效的计算框架。
李茂军，教授，博导。2012年博士毕业于重庆大学，2013-2014年在北京计算科学研究中心做博士后，2014-2018年在重庆大学工作，2018至今在电子科技大学工作。研究方向为流体力学问题的高精度保结构算法，在J. Comput. Phys.、SIAM J. Sci. Comput.等期刊上发表高水平学术论文30余篇，主持国家自然科学基金面上项目2项，参与重点项目2项。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jcp.2025.114471
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