[發明專利]一種摻雜式能源材料的高通量計算篩選方法

有效

• 申請號: 201810018412.6
• 申請日: 2018-01-05
• 公開（公告）號: CN108319807B
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發明（設計）人: 賈子熙;孟祥穎;陳彥霖
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G16C20/70
• 分類號: G16C20/70;G16C20/90;G16C20/20;G16C20/30
• 代理公司: 21200 大連理工大學專利中心
• 代理人: 陳玲玉;梅洪玉

本發明屬于材料計算技術領域，提供一種摻雜式能源材料的高通量計算篩選方法，通過四個模塊實現，具體為：通過本征材料結構提取模塊獲取本征材料的晶體結構信息文件，由摻雜結構構造模塊對其進行處理，得到待摻雜的結構信息文件，再通過摻雜材料結構優化與性質計算模塊讀取結構信息文件，批量生成結構優化?性質計算工作流并進行高通量計算，最后通過材料數據庫導入模塊將能量、電子性質等計算結果存儲到專用數據庫中。本發明能夠高效的達到高通量計算篩選的目的，提高材料篩選工作效率，具有較強的通用性和擴展性。

技術領域

本發明屬于材料計算技術領域，涉及一種摻雜式能源材料的高通量計算篩選方法。

背景技術

傳統的材料研發以實驗室研究為主，人們往往根據經驗和直覺對目標材料進行設計和篩選，由此導致材料研發周期長、資金耗費大，嚴重制約新材料的研發效率。

隨著計算機科學的發展和計算機運算能力的提高，材料的計算機模擬與設計成為了材料研究過程中重要的研究工具，常用方法包括第一性原理方法、分子動力學方法、蒙特卡羅方法、元胞自動機方法等。然而在當前的計算材料科學中，對于摻雜式能源材料的計算仍然處于比較初級的階段。首先對于摻雜材料的結構構建操作，由于摻雜位置和摻雜元素是已確定的有限集，故研究者在針對同一本征材料構建摻雜結構時往往需要做大量的重復工作，效率十分低下。而在計算量較為龐大、計算任務數量較多時，研究者往往需要耗費大量時間對任務隊列和計算狀態進行人工檢查，而如何解析計算輸出，從幾百行甚至上千行輸出中提取所需要的信息則又是一個艱巨耗時的任務。

如何利用計算機科學技術將摻雜計算中各項要求整合并搭建通用的計算架構，成為了當前急需解決的問題，如果能夠達成此目標，將會節省大量時間精力，大大加快摻雜式能源材料的研發速度。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明基于AiiDA計算框架和QuantumEspresso計算插件，提供一種針對摻雜式能源材料的高通量計算篩選方法，由不同的功能模塊分別解決了本征材料的結構提取、大批量摻雜替換元素、自動構建并監測工作流狀態、計算結果的解析和存儲等問題。

為了達到上述目的，本發明的技術方案為：

一種摻雜式能源材料的高通量計算篩選方法，該方法通過以下四個模塊實現，四個模塊分別為：本征材料結構提取模塊、摻雜結構構造模塊、摻雜材料結構優化與性質計算模塊、材料數據庫導入模塊。四個模塊之間的相互關系為：通過本征材料結構提取模塊獲取本征材料的晶體結構信息文件，由摻雜結構構造模塊對其進行處理，得到待摻雜的結構信息文件，再通過摻雜材料結構優化與性質計算模塊讀取結構信息文件，批量生成結構優化——性質計算工作流并進行高通量計算，最后通過材料數據庫導入模塊將能量、電子性質等計算結果存儲到專用數據庫中。具體步驟如下：

為了更清晰地表明摻雜材料，本發明采用B(s:e)表示在位置s摻雜元素e的材料B，其中可能有多個s:e鍵值對。特別地，B₀表示本征材料。

(1)材料本征結構提取模塊：通過用戶提供的材料篩選信息，從開源結構數據庫中提取所需材料的本征結構文件；

首先與開源結構數據庫交互，將待摻雜本征材料的化學計量數配比作為模塊輸入，在滿足條件的本征材料集合中根據能量最低原則或所屬空間群等特征篩選出所需本征材料結構信息B₀，并將其以晶體結構信息文件的形式保存至指定本地位置。

(2)摻雜結構構造模塊：轉換材料本征結構為用戶所指定的摻雜結構，并進一步轉換為后臺計算程序所要求的輸入文件格式；