近日，福州大学物理与信息工程学院吴鑫辉副教授与合作者在原子核密度泛函研究中取得重要突破，首次在无轨道密度泛函框架下成功刻画了原子核量子壳效应，为原子核理论研究开辟了新思路。相关成果以“Nonlocal Orbital-Free Density Functional Theory Incorporating Nuclear Shell Effects”为题，发表在国际物理学顶级期刊Physical Review Letters上。

原子核的量子壳效应是由核内单粒子轨道排列产生的量子现象，对原子核的稳定性和结构具有关键作用。长期以来，学界普遍认为“无轨道方法无法描述量子壳效应”，导致原子核无轨道密度泛函理论的发展陷入停滞。

吴鑫辉和合作者通过线性响应理论，构建了原子核非局域无轨道能量密度泛函，首次实现了在无轨道框架下准确描述量子壳效应。他们的研究显示，只要在泛函构造中合理引入非局域性，无轨道方法也可以完全体现原子核的量子壳效应。这一成果不仅打破了长期误解，也为原子核理论方法的深入发展提供了新方向。相比传统有轨道方法，该理论能够在保证精度的前提下显著降低计算复杂度，对于大规模原子核计算、核反应模拟以及中子星性质研究具有重要价值。

吴鑫辉为论文的第一作者，合作者包括意大利米兰大学Gianluca Colò、日本京都大学Kouichi Hagino和北京大学赵鹏巍。该工作得到了国家自然科学基金、福州大学“双一流”建设项目和“物理学科”专项支持。

论文原文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/nlpk-3tt2

吴鑫辉长期致力于发展原子核无轨道能量密度泛函，此前已取得如下成果：基于机器学习方法构建了能自洽描述球形和形变原子核原子核无轨道能量密度泛函[1, 2]；推导得到了首个相对论原子核无轨道密度泛函的解析形式[3]；利用主成分分析方法构建了密度空间的正交化基矢，效率相较于传统密度表征方法有很大提升[4]。

[1] X. H. Wu, Z. X. Ren, and P. W. Zhao*, Phys. Rev. C, 105, L031303 (2022)

[2] X. H. Wu, Z. X. Ren, and P. W. Zhao*, Communications Physics, 8, 316 (2025)

[3] X. H. Wu*, Z. X. Ren, H. Z. Liang, and P. W. Zhao*, Phys. Rev. C, 112, 064319 (2025)

[4] C. J. Lv, T. Y. Wu, X. H. Wu*, G. Colò, and K. Hagino, Phys. Lett. B, 874, 140283 (2026)