多尺度分子計算的精神涵蓋廣尺度的分子模擬，主要的特色在於利用無參數的原子或量子層級的模型為出發點，建構一系列可用來模擬較大空間或時間尺度的大型分子系統，如下圖所示。由於無可調參數以及具備化學結構的針對性，因此具有極高的預測能力與廣泛的應用基礎。本實驗室致力建構一計算平台，此計算平台最重要的應用為軟物質（高分子、膠體粒子）之分子結構從溶液狀態到成膜狀態的完整追蹤，並可在適當的條件下直接計算相關的量子化學性質，據此了解微結構對於光電元件的影響途徑與其控制模式。

無可調參數（parameter-free）之多度分子模擬的精神如上圖所示。首先由量子層級出發，藉由量子力學的計算檢驗現行分子計算軟體所提供的原子間勢能（force fields）之正確性，並獲得各原子部分電荷（partial charge）的大小，以利於後續全原子分子模擬中庫倫作用力的建立。待前述之作用力場建構完備後，透過當前通用的分子計算軟體，如 DL_POLY、NAMD、GROMACS 等進行全原子（atomistic molecular dynamics, AMD）的模擬，藉此了解軟物質系統的奈米結構、界面性質、徑向分布函數等靜態特徵，以及鬆弛時間（relaxation times）、擴散係數、自相關函數等動態特色，以及最終之溶劑品質（solvent quality）與平均勢能（potential of mean force）等性質。

全原子模擬對於所能探討的系統尺度限制較大，因此若欲探討高分子聚集體性質、膠體粒子成核機制、或是溶液-凝膠-薄膜三者之相變化等議題，則必須仰賴更有效率的粗粒化模型（coarse-grained, CG）來提升計算的尺度與速度。CG 模型是以 AMD 模擬結果作為出發點，透過映射（mapping）技術建立超原子單元，並重新定義分子內與分子間的勢能函數。再根據統計力學的原理，如波次曼逆轉換（Boltzmann inversion），修正 CG 勢能中的參數，使其與全原子模型中所對應的結構相吻合。此外針對溶液系統，可結合粗粒化模型與朗之萬動力學的隱含溶劑（implicit solvent）模擬技術，將溶劑分子之影響以平均場的方式展現，而溶劑分子對溶質分子的作用力則反應在溶質超分子的擴散係數與溶質分子間的平均力勢能上，藉此建構更有效率的粗粒化朗之萬動力學模型（coarse-grained Langevin dynamics, CGLD）。其映射技術、分子內勢能函數的建立與前述的 CG 模型相同，溶質超分子間的作用力函數則可利用傘型取樣法（umbrella sampling），在 AMD 層級的模擬中獲得。溶質超分子的擴散係數可經由均方位移或速率自相關函數兩種不同的方法獲得。

量子化學計算除了用於計算分子的吸收/放光光譜、各式電子能態等特性外，在多尺度模擬的應用範疇中，量子化學計算亦扮演舉足輕重的角色，其所計算的各式分子鍵結勢能與分子間作用力，提供全原子分子模擬所需的原子間勢能參數。從吸收光譜的結果分析各激發態的電荷密度差可了解該激發態是否發生電荷轉移。此外，透過量子化學計算所獲得的電子傳遞速率，搭配粗粒化模擬的結果，更可深究該系統（模擬原件）之光電性質。