[發明專利]一種計算空位與自間隙團簇基態構型的方法及系統

在審

• 申請號: 202010615032.8
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111814324A
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 李祥艷;張艷革;許依春;李小林;吳學邦;王先平;劉長松;方前鋒
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/27
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 高微微

本發明公開了一種計算空位與自間隙團簇基態構型的方法及系統，S1：獲取團簇所占據區域的備選格點集合C，隨機選擇備選格點集合C中的n個格點，得到種群初始化位置；S2：根據預設的交叉概率計算n個個體對應的交叉向量，得到交叉后的個體；S3：計算個體和交叉后的個體對應的體系能量和E，針對同一個體，選擇體系能量較低的個體組成較優個體組；S4：隨機選擇備選格點集合C中的m個格點，m與n不同，迭代進入步驟S2，直至最大迭代次數超過設定值，得到備選格點集合C對應的基態構型；S5：馳豫所述基態構型，得到平衡態的團簇基態構型。通過本申請可以高效地獲得金屬中空位與自間隙團簇的基態構型。

技術領域

本發明涉及核材料輻射損傷模擬技術領域，尤其涉及一種計算空位與自間隙團簇基態構型的方法及系統。

背景技術

高能粒子(如中子、離子)輻照材料時不僅會在材料中產生點缺陷空位(vacancy,V)、自間隙原子(sel-interstitial atom,SIA)，還會產生這些缺陷的團簇(V_n/SIA_n)。理解、預測材料的輻照性能需要知道這些缺陷的基本的能量學和動力學性質，而確定V_n/SIA_n的基態結構則至關重要。目前人們計算V_n/SIA_n結構時，假設缺陷占據在一定范圍內的格點上，采取窮舉的方式計算所有可能的占據方式。為了節約計算時間，加上一些人為假設，如認為形成具有較低能量的缺陷團簇時，斷鍵數較多。或者通過采取一些動力學方法(如勢能谷自動填充法)，探索體系勢能面，進而找到缺陷團簇較為穩定的構型。

這些計算方法存在低效、局域的缺點。采取窮舉的方式理論上可以找到V_n/SIA_n的基態構型。然而實際上并不可行，在一定的范圍內缺陷占據方式異常多，如10個空位在20個格點中占據方式多達10¹¹種。這種方法只適用于確定幾個缺陷在非常小的范圍內的低能量占據方式。而通過采用動力學方法探索體系勢能面進而確定V_n/SIA_n低能量構型時，由于體系勢能面維度較高(N為體系中原子數)，往往陷入局域極小值點，從而不能保證找到的構型是基態。

發明內容

基于背景技術存在的技術問題，本發明提出了一種計算空位與自間隙團簇基態構型的方法及系統，高效地獲得金屬中空位與自間隙團簇的基態構型。

本發明提出的一種計算空位與自間隙團簇基態構型的方法及系統，包括：

S1：獲取團簇所占據區域的備選格點集合C，隨機選擇備選格點集合C中的n個格點，得到種群初始化位置，所述備選格點集合C是團簇所占據區域中不同格點位置的集合；

S2：根據預設的交叉概率計算n個個體x^j對應的交叉向量v^j，得到交叉后的個體y^j，j＝1、2、···n；

S3：計算個體x^j和交叉后的個體y^j對應的體系能量E(x^j)和E(y^j)，針對同一個體，選擇體系能量較低的個體組成較優個體組；

S4：隨機選擇備選格點集合C中的m個格點，m與n不同，迭代進入步驟S2，直至最大迭代次數超過設定值，得到備選格點集合C對應的基態構型；

S5：馳豫所述基態構型，得到平衡態的團簇基態構型。

進一步地，在步驟S1：獲取團簇所占據區域的備選格點集合C，隨機選擇備選格點集合C中的n個格點，得到種群初始化位置中，包括：

設置團簇所占據區域的中心參考點P_ref，以中心參考點P_ref為圓點、r為半徑構建模型體系；