晶体弹性常数的新算法数据库与材料设计-科研信息化技术与应用.pdfVIP

科研信息化技术与应用 2 0 1 4 , 5 ( 4 ) : 1 3 – 1 9 ·技术 / TECHNOLOGY · 晶体弹性常数的新算法、数据库与材 料设计 于荣，刘麟汗 清华大学材料学院,北京 100084 摘 要： 晶体弹性是材料的基本属性，是材料科学、固体物理、固体化学，以及地质科学等研究领域中的重 要考虑因素。由于单晶弹性常数的实验测量比较困难，在数万种无机晶体中只有约1%的晶体的 单晶弹性常数是已知的，因此经常需要从理论上计算晶体弹性。我们基于从应变到应力空间的映 射，设计开发了新的单晶弹性常数算法与软件。与此前的算法相比，新算法的计算效率高，普适 性好。我们在此基础上通过海量计算建立了晶体弹性数据库，并陆续收集了已知的实验数据。以 材料的硬度为例，通过数据库进行数据挖掘，揭示了最软弹性形变模式控制材料硬度的“木桶效 应”。论文还展示了这一木桶效应在材料设计中的应用。结果表明，通过氮或铼的合金化强化最 软的弹性模式，可以进一步提高这种硬质材料的硬度。 关键词： 晶体；弹性；算法；数据库；材料设计 doi:10.11871/j.issn.1674 -9480.2014.04.002 A New Algorithm and Database for Elastic Constants of Crystals and Materials Design Yu Rong, Liu Linhan School of Materials Science and Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China Abstract: The elasticity is a fundamental property of crystalline materials and is of great importance in 基金项目：国家重点基础研究发展计划（973计划）（2011CB606406 ）；国家自然科学基金51390475） 13 科研信息化技术与应用，2014, 5 (4) physical sciences, including materials science, solid state physics and chemistry, and geological sciences. To measure the full set of elastic constants experimentally, single crystals of macroscopic size are typically required, making the full set of elastic constants available only for a very small portion of known materials. We designed a new algorithm and the corresponding software to calculate single-crystal elastic constants. Compared with previous algorithms, the new one is computationally more efficient and can be universally applied to crystals of any symmetry. Through high throughput calculat