[發明專利]基于遺傳算法對材料的磁結構進行搜索的方法及裝置

有效

• 申請號: 201810585875.0
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN109034357B
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發明（設計）人: 張平;鄭法偉;李淑靜;周梅
• 申請（專利權）人: 北京應用物理與計算數學研究所
• 主分類號: G06N3/00
• 分類號: G06N3/00;G06N3/12
• 代理公司: 北京冠和權律師事務所 11399
• 代理人: 朱健;張國香

本發明提供了一種基于遺傳算法對材料的磁結構進行搜索的方法及裝置，該方法包括：獲取待測材料的物理參數；確定擴展后的超元胞；確定遺傳算法的迭代次數N、每代種群個體數量n和最優個體數量m；將隨機生成的n個個體作為初始的種群；確定種群內每個個體的體系能量和磁有序結構，選取m個體系能量最低的最優磁有序個體、并從m個最優個體中隨機抽取兩個進行雜交并生成n個新的個體，之后重復上述選取m個最優個體的步驟，直至迭代次數達到N；根據最后得到的m個最優個體所對應的磁有序結構確定待測材料的全局最優磁有序結構。該方法能夠快速準確地預測磁有序結構，大大提高確定磁有序結構的效率和準確度。

技術領域

本發明涉及材料磁結構技術領域，特別涉及一種基于遺傳算法對材料的磁結構進行搜索的方法及裝置。

背景技術

磁結構通常指晶體中原子磁矩空間取向的周期性和對稱性(或晶體中原子磁矩具有某種規律性的空間分布)，當材料具有較強的磁阻挫或自旋軌道耦合時，體系的磁有序結構可能會非常復雜。目前主要通過對稱性分析或依據經驗大體確定最穩定的磁結構，而只通過對稱性的分析和依據經驗的猜測難以快速準確地確定材料最穩定的磁有序狀態，不僅效率差，且準確度低。

發明內容

本發明提供一種基于遺傳算法對材料的磁結構進行搜索的方法及裝置，用以解決現有確定材料最穩定磁有序結構方式效率低準確度差的技術問題。

本發明的目的是幫助相關研究人員擺脫人工猜測磁結構的傳統方法，使其能夠更加快速準確的確定磁有序結構，從而大大方便磁學的研究，尤其在解釋中子散射實驗、預測新型磁功能材料方面提供幫助，本發明則提供的一種基于遺傳算法對材料磁結構進行搜索的方法及裝置，包括：

獲取待測材料的物理參數，所述物理參數包括初始原胞的三個原基矢、初始原胞內每個原子的坐標和超元胞的三個超基矢；

沿三個所述超基矢的方向對所述初始原胞進行擴展、并確定擴展后的超元胞，根據三個所述原基矢和所述初始原胞內每個原子的坐標確定所述超元胞內每個原子的坐標，并隨機生成所述超元胞內每個原子的磁矩大小和磁矩方向；

確定遺傳計算迭代次數N、每代種群個體數量n和最優個體數量m，將超元胞的一個磁有序結構作為一個個體，并將隨機生成的n個個體作為初始的種群；

根據超元胞內每個原子的坐標、磁矩大小和磁矩方向，通過第一性原理進行結構優化和總能計算，來確定種群內每個個體的體系能量，以所述體系能量作為評價函數并對個體進行排序，體系能量越低，評價函數越好；將種群內每個個體的磁有序結構和對應的體系能量存儲至數據庫，并從所述數據庫中篩選體系中評價函數最好的m個最優個體進入下一代計算；

基于遺傳算法的雜交運算，從m個最優個體中隨機抽取兩個進行雜交生成新的個體，添加部分隨機生成的新個體，直至新生成的下一代個體數量達到n，之后重復上述基于體系能量選取m個最優個體的步驟，直至迭代次數達到N；

根據最后得到的m個最優個體對應的體系能量最低的磁有序結構確定所述待測材料的全局最優磁有序結構。

在一種可能的實現方式中，所述從m個最優個體中隨機抽取兩個進行雜交并生成新的個體包括：

從m個所述最優個體中隨機抽取一個個體作為父本，并根據超元胞中所有原子的坐標隨機選取所述父本中k個原子，所述k個原子之間相連的化學鍵數量大于或等于預設閾值，k為隨機正整數，且k不大于所述超元胞的原子個數；

再從最優個體中隨機抽取另一個個體作為母本，將所述父本中的這k個原子的磁矩大小和磁矩方向賦值至母本中的相對應的k個原子，母本中其余原子保持母本原子原來的磁矩大小和磁矩方向，并將賦值后的母本作為雜交生成的下一代的個體。