1-7、有序结构和无序结构建模方法及应用

宋海峰^1,2，赵亚帆²，高兴誉^1,2，林德烨²，方俊^1,2，朱雪燕²，田付阳³

1.北京应用物理与计算数学研究所，2.中物院高性能数值模拟软件中心，3.北京科技大学

摘要：材料组分和结构是影响材料性能的重要因素（基因），确定特定组分下的材料结构是材料性能研究的关键一环。我们分别针对有序和无序结构发展建模方法，结合高通量计算，加速获得实际应用问题的材料结构。

针对有序化合物、单元素金属的结构搜索问题，我们发展了基于Basin Hopping算法的晶体结构搜索方法，支持含间隙原子团簇及空位原子团簇的晶体结构搜索，实现了基于空间群的对称性结构生成算法和基于原子共价半径的结构调整算法等关键技术，提高了初始结构质量，显著改善了结构搜索过程中自洽场迭代的收敛性。我们将算法集成于自主第一性原理软件CESSP中，实现了基于集中式任务池的并行结构搜索，应用于压水反应堆包壳材料锆氢脆产物（ZrHx）的微观结构研究，找到了所有实验已知的ZrHx的结构，并发现了比实验结构更稳定的新结构，阐明了快速冷却和慢速冷却分别促进d-ZrH_1.5和g-ZrH的形成，为反应堆工况下包壳材料安全性评估提供了机理认识。

针对核材料、高温合金、高熵合金中普遍存在的无序固溶结构的建模问题，我们基于相似局域原子环境（SLAE）模型，通过考虑原子间双体关联和三体关联的无序度，发展了一种无序固溶结构的建模方法。该方法实现了对完全无序固溶结构、部分无序固溶结构、存在近程有序的无序固溶结构的建模。我们利用Basin Hopping算法来优化无序固溶体系的局域原子环境，提高了固溶合金的建模效率，应用于铀铌合金的力学性质研究，准确预测了不同组分的相结构参数、弹性常数与多晶弹性模量。

DOI:10.12110/secondfmge.20181014.107