基于几何预采样的高效无序体系电子阻止本领第一性原理计算：以液态水为例

对于快速离子的电子阻止曲线$S_e(v)$（尤其在布拉格峰附近）的认识，对理解辐射损伤十分重要。然而，实验上确定轻离子的此类特征极具挑战性，尤其是在液态水和生物组织等无序体系中。实时含时密度泛函理论（rt-TDDFT）的近期进展已使得沿纳米尺度轨迹计算$S_e(v)$成为可能。但是，获得可与观测相比较的具有统计意义的 averaged $S_e(v)$ 仍是一项挑战。本工作中，我们利用弹丸所探测的局域电子结构与其到靶中原子距离之间的关联，设计了一种轨迹预采样方案，从几何上选取一小批短轨迹，以加速通过rt-TDDFT计算的平均$S_e(v)$的收敛。对于液态水中的质子，我们首先计算类似实验采样长度的轨迹中质子到最近氧原子距离的概率分布函数（PDF）$\phi_R(r_{p{\rightarrow}O})$。随后，依次选取短轨迹，使累积PDF以越来越高的精度复现$\phi_R(r_{p{\rightarrow}O})$。利用这些预采样轨迹，我们证明平均$S_e(v_p)$在整个速度范围内以少于八条轨迹即可收敛，而使用随机和均匀分布轨迹的其他平均方法所需计算量约为其十倍。这使我们能够将$S_e(v_p)$曲线与实验数据比较，并评估基于布拉格规则广泛使用的经验表。