高通量計算和篩選幫助加快新材材料的發現

摻雜作為材料研究的一種重要方法，不僅可以對材料物理化學性質進行改進，而且是發現新結構的有效方式。通過高通量材料計算研究摻雜可以縮小材料實驗和制備的候選范圍，正是材料基因工程所強調的理念。通常的做法是，通過遍歷方法產生的批量摻雜結構，利用第一性原理方法計算這些批量結構的能量，然后通過高通量篩選從這些批量結構中篩選出能量低的穩定結構。然而，這些摻雜結構的數量隨著原子數的增加呈指數增長。因此，通過直接計算所有結構的能量進行篩選的方法非常耗時。為此，中國科學院計算機網絡信息中心材料基因實驗室發展了一種可以快速實現穩定結構篩選的方法和技術。該研究成果近期已經在國際期刊Computational Material Science 發表(Comput.Mater.Sci,143(2018)55)。

? ? ? ? ? ? 圖1(左圖) ?應用CE Screen預測Al-Ti穩定 結構的一個應用案例 ? ? ? ? ?

圖2 (右圖) 摻雜結構數量與采用CE Screen需要開 展計算的結構數量對比

基于材料基因實驗室自主研發的高通量材料自動流程計算和數據管理平MatCloud (http://matcloud.cnic.cn)，并借鑒團簇展開方法的理念，我們開發了一套簡單便捷的工作流技術。通過MatCloud，用戶僅需要幾個簡單的操作就可以方便地使用復雜的團簇展開方法，并且快速實現對穩定結構的篩選。在該研究論文中，作者以Fe-Al和Al-Ti兩種固溶體系為例，利用發展的工作流技術篩選出了穩定結構。通過與直接進行第一性原理計算篩選出的結果比較，結果符合，而計算量分別減少了66%和84%。該項研究工作得到國家重點研發計劃和國家自然科學基金重點項目的支持。

文獻鏈接：CE Screen: An energy-based structure screening automatic workflow?( Computational Materials Science, 2017, DOI:?10.1016/j.commatsci.2017.10.035)

本文由中科院計算機網絡信息中心王宗國撰稿，計算組 深海萬里 編輯整理。

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