【摘要】：凝聚態(tài)物質(zhì)內(nèi)部的原子排列方式，即結(jié)構(gòu)，是深入理解物質(zhì)宏觀物理和化學(xué)性質(zhì)的重要信息。只根據(jù)物質(zhì)的化學(xué)組分從理論上開展物質(zhì)的結(jié)構(gòu)預(yù)測是物理、化學(xué)和材料學(xué)科長期期盼，但一直是個巨大挑戰(zhàn)。本論文基于晶體對稱性的分類檢索思想，結(jié)合粒子群多目標(biāo)優(yōu)化算法，引入結(jié)構(gòu)表征的成鍵特征矩陣，提出并發(fā)展了卡里普索（CALYPSO）結(jié)構(gòu)預(yù)測方法，在此基礎(chǔ)上開發(fā)了擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的結(jié)構(gòu)預(yù)測CALYPSO程序（見網(wǎng)址:http://www.calypso.cn），受中國版權(quán)局的計算機軟件著作權(quán)保護,登記號:2010SR028200。本論文隨后將CALYPSO方法應(yīng)用于冰的高壓相和二維層狀材料的結(jié)構(gòu)預(yù)測研究，獲得了有價值的結(jié)果。 1.綜合考慮結(jié)構(gòu)預(yù)測的難點與復(fù)雜性，通過多種結(jié)構(gòu)處理方法的協(xié)作，發(fā)展了CALYPSO結(jié)構(gòu)預(yù)測方法：引入空間群對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的限制，有效減少搜索空間自由度，增加結(jié)構(gòu)種群的多樣性；引入成鍵特征矩陣，實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)的指紋表征，用于排除相似結(jié)構(gòu)，定義結(jié)構(gòu)禁飛區(qū)域，對搜索相空間進行有效劃分；引入基于粒子群優(yōu)化算法的結(jié)構(gòu)演化方法，發(fā)揮粒子群優(yōu)化算法強大的跨越勢壘能力，通過群體智能和個體結(jié)構(gòu)演化相結(jié)合來高效探索勢能面；引入結(jié)構(gòu)的局域優(yōu)化，減少勢能面上的噪聲，產(chǎn)生物理上更優(yōu)的母系結(jié)構(gòu)。CALYPSO方法和軟件只根據(jù)物質(zhì)的化學(xué)組分和外界條件（如壓力），就可以預(yù)測物質(zhì)的穩(wěn)定和亞穩(wěn)結(jié)構(gòu)，目前已經(jīng)被30多個國家和地區(qū)的近400位研究人員簽訂版權(quán)協(xié)議來使用。 2.冰在超高壓下的存在方式一直是學(xué)術(shù)界的焦點課題，本文利用自主發(fā)展的CALYPSO方法，系統(tǒng)研究了冰在超高壓條件下的存在方式，發(fā)現(xiàn)在800萬大氣壓下冰轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋�形變度極高的氫鍵對稱化新結(jié)構(gòu)，特別是在更高壓力下（1400萬大氣壓）冰竟然轉(zhuǎn)變?yōu)橛?OH)-和(H3O)+單元構(gòu)成的具有部分離子性的結(jié)構(gòu)，其中(OH)-和(H3O)+之間存在相對較弱的共價相互作用。 3.將CALYPSO方法拓展到二維層狀材料的結(jié)構(gòu)研究，可以開展單層，多層和具有特定厚度的準(zhǔn)二維層狀材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計，設(shè)計了若干具有不同化學(xué)配比的二維單層BN（B2N3、B3N4和B3N5）結(jié)構(gòu)，帶隙在2.2-5.4eV之間，，均是潛在的電子和光學(xué)材料。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：O521.2;O469

【共引文獻】

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本文編號：2448354