高威帷从博士研究开始从事计算凝聚态物理学的研究，主要致力于GW近似计算方法和相关高性能并行程序的开发，以及应用第一性原理计算方法研究能带结构、晶体结构、光吸收过程中的激子效应等。

高威帷是开源激发态性质计算软件包NanoGW的主要开发者之一。软件包括了GW近似，LR-TDDFT，和Bethe-Salpeter方程等方法[网址：https://www.osti.gov/doecode/biblio/60032；https://gitlab.com/real-space/nanogw]；在Phys. Rev. Lett.（2篇），Nano Lett.（2篇），Phys. Rev. Appl./B/Mater.（10篇）和J. Chem. Theory Comput.（2篇）等计算凝聚态物理和计算原子分子物理领域主流期刊发表SCI论文29篇，h-index为15。

在国内外学术会议做邀请报告多次；为Nat. Comm., PRL，npj Comp. Mat.等期刊的审稿人；获国家级自然科学基金项目（一项）和企事业横向项目（一项）支持；大连市青年才俊。

欢迎研究生加入。如果你是本科生，需要完成毕业设计论文，也欢迎联系我。

电子邮件：weiweigao_at_dlut.edu.cn

研究生毕业去向：

2021.09 ~ 2024.06  李雪傲：中芯国际（北京）

研究生招生介绍：

(A kind reminder: My group do not have available positions for international graduate students in 2025.)

我们研究方向属于计算凝聚态物理，简单来说就是使用计算机模拟预测物质的新奇性质。平常研究工作主要与量子物理、计算机算法、物质（如半导体、团簇、二维材料）结构打交道。（详见“科学研究”栏目）

如果你对其中两个方面比较感兴趣，那么欢迎考虑我们课题组。

如果你对材料的计算模拟、机器学习、编程、公式推导有强烈兴趣，那你可能非常适合我们课题组。

以下是我们组科研工作时常用的知识和技能：

1. 基本线性代数，微积分，复变函数知识

2. 基本固体物理，量子物理知识

3. python, numpy基本操作

4. Linux基本操作

5. 阅读英文论文

6. 附加（这些不强求，都能按研究需要现学）：学过量子多体微扰理论，使用过DFT计算软件（VASP或Quantum Espresso），擅长英文写作且阅读英文刊物无压力，有一定Fortran或C语言编程经验，有MPI并行程序编程经验，调用编译过一些基础计算数学库（如Lapack，BLAS，FFTW，Scalapack），使用过流行机器学习框架（如Scikit Learn，Tensorflow）。

学习工作经历

• 学士：华中科技大学
  

• 博士：纽约州立大学布法罗分校，物理学院（导师：张培鸿 Peihong Zhang）

• 博士后：德州大学奥斯汀分校，Oden Institute for computational engineering & sciences（导师：James R. Chelikowsky）

• 副教授：大连理工大学物理学院（赵纪军教授计算凝聚态物理团队）

研究方向

• 线性响应含时密度泛函理论，GW近似，Bethe-Salpeter方程等激发态计算方法开发

• 低维材料（团簇，分子，二维材料等）的第一性原理计算模拟

2024年论文

Efficient Full-frequency GW Calculations using a Lanczos Method

W Gao, Z Tang, J Zhao*, J R Chelikowsky*

Phys. Rev. Lett. 132, 126402 (2024) (Editor's Suggestion)

预印本论文链接（https://arxiv.org/abs/2310.20103）

在这项工作中，我们提出了一个新的方法，运用了Lanczos算法实现高效的电子结构计算（基于GW近似），可以简称为LanczosGW方法。

其实，几年前看到Lanczos方法在TDDFT和Bethe-Salpeter方程中的应用时，就隐约感觉到可以移植到GW近似计算。但是，奈何线性代数功底实在太差，学得比较慢，一直到去年才想明白具体要怎么用。我们实现Lanczos方法后，测试发现计算效率出乎意料的高，而且很适合GPU加速，适配了主流GPU芯片（NVIDIA GPU或国产芯片）。开发工作完成以后还是很开心的。

下一阶段的工作是：改进、扩展、应用这个方法。

2023年论文

Rich structural polymorphism of monolayer polymeric  from cluster rotation

X Li, F Zhang, X Wang, W Gao*, J Zhao

Physical Review Materials 7 (11), 114001

Giant excitonic effects in vacancy-ordered double perovskites

F Zhang, W Gao*, GJ Cruz, Y Sun, P Zhang*, J Zhao

Physical Review B 107 (23), 235119

我们发现空穴有序的双钙钛矿物质，有非常大的激子结合能，比普通的半导体大一到两个数量级，甚至比常见的单层二维材料的激子结合能还大。

刚算出来的时候，感觉很反常，还以为算错了。仔细分析以后，我们发现这类材料的结构中有一些正八面体形状的零维基元，激子产生后都局域在这些正八面体上了。这一点非常类似于分子晶体，低能量激子会局域在单个分子附近，形成Frenkel激子。

2022年论文

Multiferroicity in a Two-Dimensional Non-van der Waals Crystal of AgCr2X4 (X = S or Se)

Y Zhao, Q Liu, F Zhang, X Jiang*, W Gao*, J Zhao

The Journal of Physical Chemistry Letters 13 (48), 11346-11353 (2022)

Out-of-plane polarization and topological magnetic vortices in multiferroic CrPSe3

W Gao, J Zhao*, JR Chelikowsky*

Physical Review Materials 6 (10), L101402 (2022)

Sumanene Monolayer of Pure Carbon: A Two‐Dimensional Kagome‐Analogy Lattice with Desirable Band Gap, Ultrahigh Carrier Mobility, and Strong Exciton Binding Energy

X Shi, W Gao, H Liu, ZG Fu, G Zhang, YW Zhang, T Liu, J Zhao, J Gao*

Small 18 (40), 2203274 (2022)

Strong Dzyaloshinskii-Moriya interaction in monolayer CrI3 on metal substrates

F Zhang, X Li, Y Wu, X Wang, J Zhao*, W Gao*

Physical Review B 106 (10), L100407 (2022)

Prediction of protected band edge states and dielectric tunable quasiparticle and excitonic properties of monolayer MoSi2N4

Y Wu, Z Tang, W Xia, W Gao, F Jia, Y Zhang, W Zhu, W Zhang, P Zhang

npj Computational Materials 8 (1), 129 (2022)

Phonon-Assisted Nonradiative Recombination Tuned by Organic Cations in Ruddlesden-Popper Hybrid Perovskites

F Zhang, X Wang, W Gao*, J Zhao*

Physical Review Applied 17 (6), 064016 (2022)

Effect of liquidlike cations on electronic and defect properties of solid solutions of Cu2Te and Ag2Te

X Wu, C Ming, W Gao, J Shi, K Zhao, H Wang, YY Sun

Physical Review B 105 (19), 195206 (2022)

Numerical methods for efficient GW calculations and the applications in low-dimensional systems

W Gao, W Xia, P Zhang, J Chelikowsky, J Zhao

Electronic Structure (2022)

Quasiparticle energies and optical excitations of 3C-SiC divacancy from  GW and GW plus Bethe-Salpeter equation calculations

W Gao, FH da Jornada, M Del Ben, J Deslippe, SG Louie, J Chelikowsky

Physical Review Materials 6 (3), 036201 (2022)

入职大连理工前的代表论文

1. W. Gao, W. Xia, X. Gao, P. Zhang, Speeding up GW calculations to meet the challenge of large scale quasiparticle predictions, 

Scientific Report 6, 36849 (2016)

2. W. Gao, X. Gao, T. A. Abtew, Y. Sun, S. Zhang, P. Zhang, Quasiparticle band gap of organic-inorganic hybrid perovskites: Crystal structure, spin-orbit coupling, and self-energy effects, 

Phys. Rev. B 93, 085202 (2016)

3. Y. Tian#, W. Gao# (共同一作), E. Henrikson, J. Chelikowsky, L. Yang, Optically Driven Magnetic Phase Transition of Monolayer RuCl3, 

Nano Lett. 19, 7673-7680 (2019)

4. W. Gao* and J. Chelikowsky*, Accelerating time-dependent density functional theory and GW calculations for molecules and nanoclusters with symmetry adapted interpolative separable density fitting, 

Journal of Chemical Theory and Computation, 16, 2216 – 2223 (2020)

5. W. Xia, W. Gao, G. Candales, Y. Wu, W. Ren, W. Zhang and P. Zhang, Combined subsampling and analytical integration for efficient large-scale GW calculations for 2D systems, 

npj Computational Materials, 6, 118 (2020)

6. W. Gao, W. Xia, Y. Wu, W. Ren, X. Gao, P. Zhang*, .Quasiparticle band structures of CuCl, CuBr, AgCl, and AgBr: The extreme case, Phys. Rev. B 98 (4), 045108 (2018)

7. W. Gao*, J. Chelikowsky*, Prediction of intrinsic ferroelectricity and large piezoelectricity in monolayer arsenic chalcogenides, 

Nano Lett. 20 (11), 8346-8352 (2020)

8. W. Gao, X. Gao, T. A. Abtew, Y. Sun, S. Zhang, P. Zhang, Quasiparticle band gap of organic-inorganic hybrid perovskites: Crystal structure, spin-orbit coupling, and self-energy effects, 

Phys. Rev. B 93, 085202 (2016) 

9. TA Abtew, W. Gao, X Gao, YY Sun, SB Zhang, P Zhang, Theory of Oxygen-Boron Vacancy Defect in Cubic Boron Nitride: A Diamond  Isoelectronic Center, 

Phys. Rev. Lett. 113 (13), 136401 (2014)

所有论文请见：

https://scholar.google.com/citations?hl=en&user=mD6gN_cAAAAJ

https://www.webofscience.com/wos/author/record/484143