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广西天体物理重点实验室招收博士研究生1名-天体化学方向
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广西天体物理重点实验室招收博士研究生1名 课题题目：《复杂有机分子在星际介质中合成路径的第一原理计算研究》。 课题简介： 上世纪中叶前人们普遍认为太空环境不利于复杂有机分子的形成和生存。但随着天文技术的发展，人们发现有机分子在宇宙中普遍存在。尤其，生命相关的复杂有机分子在陨石、彗星、小行星、星际尘埃颗粒和行星卫星的样本中被检测出。它们的发射特征也在恒星喷出物、弥漫星际介质和一些河外星系的光谱中被观测到。这些证据为生命起源问题提出了这样一种可能性：一部分复杂有机分子形成和被整合到新生恒星系统中，并通过陨石和尘埃颗粒传递到行星表面，从而成为生命演化的原材料。因生命起源问题是现代自然科学面临的几个主要未知问题之一，随着更多种类的星际分子被发现，越来越多的研究组致力于了解复杂有机分子是如何在星际介质的苛刻条件下形成并保存下来的[1]。 目前，光和辐射化学过程被普遍认为是分子在星际冰表面上形成的主要步骤。而催化反应则有可能是复杂有机分子气相合成的关键。课题因此特别关注催化反应在复杂有机分子的气态合成过程中可能起到的作用。本课题拟使用基于量子力学的第一原理计算方法，模拟在恒星形成区域被探测到的非生物小分子在星际气态环境中通过碰撞形成复杂有机分子的反应，以寻找可能的合成路径。课题将根据计算结果，探索生命相关星际复杂有机分子的合成机制。 在前期研究中，课题组对嘧啶碱基在太空环境下的气态合成反应进行了研究。该工作通过量子化学计算，寻找到了合成胞嘧啶、胸腺嘧啶、尿嘧啶的一些新反应路径，并根据激活温度和天文探测数据讨论了有可能发生反应的星际环境[2]。课题组还致力于研究星际多环芳香烃（PAHs）的形成机制[3-4]，为相关天文观测提供新的思路。除计算合成反应路径之外，课题组还研究了PAHs的红外发射特性[5-6]。通过引入人工智能，设计并训练了基于大数据的机器学习模型，用以有效地预测星际分子的红外光谱，其计算成本比通用的量子化学计算要低3-4个数量级。这些研究为本课题的开展做足了铺垫。 参考文献： [1] Sandford, et al. Prebiotic astrochemistry and the formation of molecules of astrobiological interest in interstellar clouds and protostellar disks. ChRv 120 4616 (2020). [2] Lu, et al., Gas-phase formation of interstellar nucleobases from dehydrogenated formamide and vinyl cyanide. A&A 656, A84 (2021). [3] Hanine, et al. Formation of interstellar complex polycyclic aromatic hydrocarbons: Insights from molecular dynamics simulations of dehydrogenated benzene. ApJ 900, 188 (2020). [4] Qi, et al., Adsorption of organic molecules on onion-like carbons: insights on the formation of interstellar hydrocarbons. ApJ, 867, 133 (2018). [5] Meng, et al., Machine-learning interpretation of the correlation between infrared emission features of interstellar polycyclic aromatic hydrocarbons. ApJ 922, 101 (2021). [6] Kovacs, et al., Machine-learning prediction of infrared spectra of interstellar polycyclic aromatic hydrocarbons. ApJ 902, 100 (2020). 优先考虑背景：物理化学、计算化学、计算物理、分子物理、计算材料学、天体物理与化学、应用数学等。 招生方式：评审考核（不参加统一考试） 报名方式：将简历和动机信发送至广西大学王昭教授电邮zw [at] gxu.edu.cn 优势： 课题思路明确，有充足的背景调研，大部分计算技术难点在前期研究中已被攻克。这些将为博士课题的开展节省大量时间。天体化学是一门蓬勃发展的新兴学科，而量子物理和化学计算在这一领域内的应用尚处初始阶段。该课题研究将填补国内空白。第一原理计算成本较高，而课题组配备有800核计算集群，具备进行大规模并行计算的能力。 课题组简介： 王昭教授课题组长期从事星际介质探测相关的分子物理和计算物理研究，在包括《The Astrophysical Journal》、《Astronomy & Astrophysics》、《Physical Review B》、《Physical Review Letters》、《Physical Review X》、《Carbon》、《Nano Letters》、《Journal of the American Chemical Society》等的国际天文学、物理学、化学权威期刊上发表论文60篇。其中独撰8篇、第一/通讯作者论文40篇。这些论文被引用近2000次。所在广西大学相对论天体物理重点实验室则是自治区首屈一指的天文学研究平台。 |
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