1. 引言与当前研究格局
计算材料科学是推动现代纳米技术取得巨大发展的最重要工具之一 [1]。从第一性原理密度泛函理论（DFT）和反应性分子动力学，到连续介质波动与场论建模，各种理论框架和原子尺度模拟使得科学家能够在空间和时间分辨率上研究纳米尺度动力学行为 [2,3]。
尽管取得了快速进展，但在多个前沿领域仍存在显著的知识空白：
- 多尺度耗散与输运：捕获超快量子器件和单分子电子学中的非平衡输运、能量耗散及饱和现象 [4,5]。
- 复杂反应界面：提出多组分纳米结构在极端热或冲击条件下的反应路径、热稳定性及分解动力学 [6]。
- 缺陷与拓扑工程：定量研究原子尺度缺陷、边缘态和拓扑边界如何影响宏观光学、电子和磁学性质 [7]。
- 纳流控与纳米光子学增强：利用局域场聚集、连续谱束缚态和热声耦合效应实现高性能传感和能量转换 [8]。
本特刊"编委会成员论文集系列：纳米结构的理论与模拟"汇集了11篇高影响力的研究成果 [9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19]，直接针对上述基础性空白问题。
2. 主要贡献总结
本特刊发表的11篇文章可大致归类为四个相互关联的主题：
主题A：量子输运、电子性质与纳米器件
- 共振隧穿纳米结构：Vetrova等人 [9] 提出了一种非饱和型紧凑模型用于描述共振隧穿纳米结构，该模型用反平方双曲余弦函数替代洛伦兹透射谱，从而消除负微分电导区域中非物理的电流饱和现象。
- 拓扑缺陷扶手椅型石墨烯纳米带：Louis等人 [10] 提出了经屏蔽的PPP型和SSH型紧束缚模型，准确匹配了7/9-AGNR超晶格中拓扑态的DFT预测结果，同时修正了局域Hubbard模型和未屏蔽PPP模型中的误差。
- 醌基分子器件：Conrad等人 [11] 利用DFT、非平衡格林函数（NEGF）和朗道形式分析pH敏感醌功能化石墨烯纳米带器件中的电子电流流动。结果表明，电子主要沿纳米带边缘流动，pH控制的氧化态可调节电流输运和分子开关功能。
- 拓扑绝缘体纳米颗粒附近的量子发射体：Thanopulos等人 [12] 研究了拓扑绝缘体（Bi2Se3）球形纳米颗粒存在下量子发射体的强耦合动力学行为。利用电磁格林张量方法，他们报告了较大的珀尔效应因子和能量转移增强效应。
主题B：热声学、纳米光子学与超表面
- 碳纳米管（CNT）薄膜中的热声自聚焦：Rong等人 [13] 研究了声学超表面存在下碳纳米管薄膜中的热声产生现象。其多物理场有限元模拟揭示了声学自聚焦效应。
- 水下碳纳米管海绵换能器：Qi等人 [14] 探索了嵌入流体基体中的碳纳米管的瞬态热声特性和传热性能。
- 具有近红外准连续谱束缚态模式的中空立方体超表面：Algorri等人 [15] 设计了一种支持准连续谱束缚态（Quasi-BIC）的中空立方体超表面。
主题C：热分解与表面相互作用
- 核壳型纳米颗粒的热分解：Sun等人 [16] 利用分子动力学模拟研究了核壳型纳米颗粒的热分解动力学。
- 掺杂石墨烯基底上的挥发性有机化合物：Chen等人 [17] 利用密度泛函理论研究挥发性有机化合物与掺杂石墨烯基底相互作用时的电子性质和吸附热力学特性。
- 维生素C与TiO2纳米管的亲和性：Ugolotti等人 [18] 应用杂化密度泛函理论研究维生素C分子在二氧化钛（TiO2）纳米管表面的吸附机制、结合亲和力和电子结构变化。
主题D：纳米结构形成
- 纳米带的形成：Eskandari等人 [19] 利用分子动力学研究碳纳米管内部碳纳米带的形成过程。
致谢
我们感谢所有作者对本特刊的杰出贡献。此外，我们感谢审稿人提供的宝贵同行评审意见。
利益冲突声明
作者声明不存在利益冲突。
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