[发明专利]获取材料相图的方法、设备及计算机可读写存储介质

权利要求书

1.一种获取材料相图的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

以第一性原理计算方法为基础结合模拟或近似算法计算材料在不同温度和压强下的吉布斯自由能，所述吉布斯自由能的参数包括材料在不同压强下的内能和体积随压强变化的关系、低温下或特定温度下的材料声子振动能量和材料声子振动熵、材料电子轨道占据熵或材料在不同磁状态的能量差异与变化中的至少一个；

根据材料在不同温度和压强下的吉布斯自由能的参数生成材料的初始相图；

在相图中选取至少一个实验点数据对所述初始相图进行修正以获取与实验结果接近的最终相图。

2.如权利要求1所述的获取材料相图的方法，其特征在于，所述以第一性原理计算方法为基础结合模拟或近似算法计算材料在不同温度和压强下的吉布斯自由能，包括如下至少一个步骤：

使用改变结构受到的不同外界静压力来计算所述材料在不同压强下的内能和体积随着压强变化的关系；和/或

使用材料在低温下的简谐声子振动或所述材料在特定温度下的第一性原理分子动力学的方法来计算所述材料声子振动能量和所述材料声子振动熵；和/或

使用所述材料的电子态密度与费米-狄拉克分布来计算不同温度下的所述材料电子轨道占据熵；和/或

使用准静态随机SQS方法模拟所述材料在顺磁结构下能量并结合磁惩罚函数迭代的方法计算所述材料在不同磁状态的能量差异与变化。

3.如权利要求2所述的获取材料相图的方法，其特征在于，所述使用准静态随机结构SQS方法模拟所述材料在顺磁结构下能量，并使用磁惩罚函数迭代的方法计算所述材料在不同磁状态的能量差异与变化，包括：

使用最近邻的原子之间的相互作用来模拟金属原子之间的磁相互作用；

在第一性原理计算中设置惩罚函数方法保持原子初始磁矩的方向；

通过迭代循环算法消除所述惩罚函数对计算结果的影响；

利用所述第一性原理计算得到顺磁结构的能量和反铁磁结构的能量，所述顺磁结构的能量和反铁磁结构的能量满足如下公式：

其中，T为温度；函数P(T)是一个随着温度变化的比例函数，在T＝0的时候，P(0)＝0，在T→∞的时候，P(0)＝1；E_PM为使用第一性原理计算得到的顺磁结构的能量，E_AFM为使用第一性原理计算得到的反铁磁结构的能量；E₁为经过融合顺磁能量和反铁磁能量之后的总能量。

4.如权利要求3所述的获取材料相图的方法，其特征在于，所述利用所述第一性原理计算得到顺磁结构的能量和反铁磁结构的能量之前，所述方法还包括：

使用实验的铁磁到顺磁的磁转变温度替代计算的铁磁到顺磁的磁转变温度的工作；或者

使用实验中铁磁转变为顺磁结构的温度来替代通过第一性原理的随机相近似RPA方法计算铁磁到顺磁结构的转变温度。

5.如权利要求2所述的获取材料相图方法，其特征在于，所述使用所述材料在低温下的简谐声子振动或所述材料在特定温度下的第一性原理分子动力学的方法来计算所述材料声子振动能量和所述材料声子振动熵，包括：

针对不同压强下的材料声子振动能量和材料声子振动熵，使用一个与晶胞体积的三次根号值成正比的平均位移大小来近似描述原子振动的平均位移，其中，材料声子振动能量的计算公式为材料声子振动熵的计算公式为

针对在低温下不稳定的，即有虚频的简谐振动声子谱的结构，材料声子振动熵的计算公式为

针对低温下含有虚频的声子谱的结构，材料声子振动能量的计算公式为

其中，E_vib为材料声子振动能量，S为材料声子振动熵，ω_k为某一振动波矢k下的角速度，为普朗克常数，k_B为玻尔兹曼常数，T为温度，求和符号“∑”代表针对声子振动的每一个振动波矢k进行求和，m为振动原子的原子质量，e为自然常数，σ_xσ_yσ_z为原子在x、y、z三个方向上的均方根位移，均方根位移通过第一性原理分子动力学计算来得到。