一、结构搜索的重要性
结构搜索对于发现和合成新材料无疑是十分重要的,这一点毋庸置疑。
二、结构搜索的问题
以最常见的寻找高压条件下的物质新相为例。通常是以所需的化学元素及组份、压力为基本输入参数,以此为基础随机产生结构,然后对这些结构进行优化,最后比较各个结构的焓值大小,从而判断给定条件下的相对稳定性。假设一个化学组份某一个压力点每代产生30个结构、共进行30代。这就需要对900个结构进行优化比较。假设对于一个特定体系而言,搜索5个不同的化学组份和5个不同的压力点,则任务量是上述的25倍。这无疑是很耗时的。如果搜索者很幸运,经历漫长的时间耗费之后搜索到了新的结构,这还好。如果很不幸,搜索后没有发现任何有价值的东西,这可能会让人崩溃。因此,这里着重谈一下“怎样搜”这个问题。
三、怎样高效的搜索
1. 充分调研文献
在搜索之前需要充分调研文献。根据自己需要搜索的内容,充分调研文献。看看前人的研究中发现的类似体系中的稳定结构都是怎样的化学组份、这些相稳定结构的稳定压力区间又是怎样的。从而确定自己搜索的化学组份和压力区间,以便减少工作量。
不进行文献调研就进行盲目搜索的这种行为是不可取的!
2. 提前计算体系涉及的单原子能量
在搜索时提前计算体系涉及的单原子能量,对不同组份不同压力下稳定相具有的焓值做到心中有数。假设研究体系为二元AB型化合物,提前计算A、B各自在不同压力下的能量,从而对体系AxBy在不同压力下形成稳定相时的焓值进行预估。
形成焓计算这一步是早晚都要进行的。
3. 搜索时及时进行分析
搜索不是要等待所有30代全部跑完再进行分析,而是要在计算过程中及时分析。跑5代、10代分析一下,看看现有这些结构中能量较低的结构的形成焓与第2步所述的预估值相差多少。如果跑了5代、10代的结果中,能量最低的结构的焓值要比该组份稳定相的预估焓值大得多,则再继续进行搜索的意义并不大。如果相差不大或小于预估值,则可以继续搜索。
此外,选择这里能量较低结构进行其它压力点的结构优化,判断其结构稳定性和形成焓值。然后在搜索其它压力点时进行对比。这显然是大有裨益的!
非要等到每个组份的每个压力点都跑完再进行后续分析这种做法明显是不可取的!
4. 多总结经验