[发明专利]一种描述材料晶体结构的方法及其应用

说明书

本申请公开了一种描述材料晶体结构的方法及其应用。本申请描述材料晶体结构的方法，包括将晶体结构中的原子和/或结构基元作为点；把原子和/或结构基元之间的连接作为边；采用点、边以及点与边的相互关系描述晶体结构中的原子和/或结构基元之间的连接关系，从而实现晶体结构的描述。本申请的方法，创造性的利用点和边的方式描述材料的晶体结构，能通过计算机语言存储大量而又繁琐的点与线的连接信息，方便计算机运算。本申请方法可便捷地将物理世界的原子、晶体结构构建到计算机语言中，可直接利用计算机领域的现有算法对材料的性质进行比对、分析和运算；可大规模批量处理晶体结构；为材料数据库构建和材料性质计算机分析奠定了基础。

技术领域

本申请涉及材料晶体结构分析技术领域，特别是涉及一种描述材料晶体结构的方法及其应用。

背景技术

材料晶体结构作为材料特征的重要组成部分，被广泛应用于生活中的各方各面。为了加速晶体结构的研发进程，计算机模拟晶体的方法正在逐渐发展并开始在新材料研发中发挥作用。在最近五年，随着材料基因组计划的发展，材料结构数据库和计算机算法应用于材料领域的趋势愈加明显。有越来越多的材料研发开始采用从计算机设计再到实验合成的过程。在这些过程中，材料数据库也发挥着重要作用。随着计算机方法逐渐使用到材料领域中，如何将材料的问题转换为计算机问题，就成为了目前材料问题研究的重点。

传统的材料晶体结构描述使用了点群空间群和晶胞周期性的描述方法，与实验中X射线衍射数据可以直接关联，具有很好的被人理解和分析的能力和作用。但是传统的材料晶体结构描述方法不适用于大数据时代的晶体结构分析，这主要是由于在大数据时代，数据库中晶体结构数量常常会达到几十万乃至上百万的规模，对如此多的结构进行分析首先涉及到识别结构或者对重复结构进行去重。如果采用传统的点群空间群或者晶胞周期性的描述方法，一般是通过键长和键角去定义结构的差异，这样得到的差异是一个连续函数，如何设置差异阈值去识别不同结构是很困难的事情。如果设置全局阈值，得到的识别结果必然不合理，也会对于少数畸变结构产生识别错误；而如果针对特定结构去设置差异阈值，则需要人为的对上百万的晶体结构进行逐一分析和处理，也难以实现。因此，现有的传统的材料晶体结构描述方法难以实现通过计算机对材料晶体结构进行比对、分析和运算，不适用于大数据时代的晶体结构分析。

因此，亟需研发一种能够便于计算机对材料晶体结构进行比对、分析和运算的新的材料晶体结构描述方法，以满足日益发展的材料晶体结构研发的需求。

发明内容

本申请的目的是提供一种新的描述材料晶体结构的方法及其应用。

本申请采用了以下技术方案：

本申请的一方面公开了一种描述材料晶体结构的方法，包括：

将晶体结构中的原子和/或结构基元作为点；

把原子和/或结构基元之间的连接作为边；

采用点、边以及点与边的相互关系描述晶体结构中的原子和/或结构基元之间的连接关系，从而实现材料晶体结构的描述。其中，结构基元是指由两个或多个原子组合在一起的基本单元。