高通量计算和筛选帮助加快新材材料的发现

掺杂作为材料研究的一种重要方法，不仅可以对材料物理化学性质进行改进，而且是发现新结构的有效方式。通过高通量材料计算研究掺杂可以缩小材料实验和制备的候选范围，正是材料基因工程所强调的理念。通常的做法是，通过遍历方法产生的批量掺杂结构，利用第一性原理方法计算这些批量结构的能量，然后通过高通量筛选从这些批量结构中筛选出能量低的稳定结构。然而，这些掺杂结构的数量随着原子数的增加呈指数增长。因此，通过直接计算所有结构的能量进行筛选的方法非常耗时。为此，中国科学院计算机网络信息中心材料基因实验室发展了一种可以快速实现稳定结构筛选的方法和技术。该研究成果近期已经在国际期刊Computational Material Science发表(Comput.Mater.Sci,143(2018)55)。

图1(左图) 应用CE Screen预测Al-Ti稳定 结构的一个应用案例

图2 (右图) 掺杂结构数量与采用CE Screen需要开 展计算的结构数量对比

基于材料基因实验室自主研发的高通量材料自动流程计算和数据管理平MatCloud (http://matcloud.cnic.cn)，并借鉴团簇展开方法的理念，我们开发了一套简单便捷的工作流技术。通过MatCloud，用户仅需要几个简单的操作就可以方便地使用复杂的团簇展开方法，并且快速实现对稳定结构的筛选。在该研究论文中，作者以Fe-Al和Al-Ti两种固溶体系为例，利用发展的工作流技术筛选出了稳定结构。通过与直接进行第一性原理计算筛选出的结果比较，结果符合，而计算量分别减少了66%和84%。该项研究工作得到国家重点研发计划和国家自然科学基金重点项目的支持。

文献链接：CE Screen: An energy-based structure screening automatic workflow( Computational Materials Science, 2017, DOI: 10.1016/j.commatsci.2017.10.035)

本文由中科院计算机网络信息中心王宗国撰稿，计算组 深海万里 编辑整理。

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