[发明专利]基于遗传算法对材料的磁结构进行搜索的方法及装置

说明书

本发明提供了一种基于遗传算法对材料的磁结构进行搜索的方法及装置，该方法包括：获取待测材料的物理参数；确定扩展后的超元胞；确定遗传算法的迭代次数N、每代种群个体数量n和最优个体数量m；将随机生成的n个个体作为初始的种群；确定种群内每个个体的体系能量和磁有序结构，选取m个体系能量最低的最优磁有序个体、并从m个最优个体中随机抽取两个进行杂交并生成n个新的个体，之后重复上述选取m个最优个体的步骤，直至迭代次数达到N；根据最后得到的m个最优个体所对应的磁有序结构确定待测材料的全局最优磁有序结构。该方法能够快速准确地预测磁有序结构，大大提高确定磁有序结构的效率和准确度。

技术领域

本发明涉及材料磁结构技术领域，特别涉及一种基于遗传算法对材料的磁结构进行搜索的方法及装置。

背景技术

磁结构通常指晶体中原子磁矩空间取向的周期性和对称性(或晶体中原子磁矩具有某种规律性的空间分布)，当材料具有较强的磁阻挫或自旋轨道耦合时，体系的磁有序结构可能会非常复杂。目前主要通过对称性分析或依据经验大体确定最稳定的磁结构，而只通过对称性的分析和依据经验的猜测难以快速准确地确定材料最稳定的磁有序状态，不仅效率差，且准确度低。

发明内容

本发明提供一种基于遗传算法对材料的磁结构进行搜索的方法及装置，用以解决现有确定材料最稳定磁有序结构方式效率低准确度差的技术问题。

本发明的目的是帮助相关研究人员摆脱人工猜测磁结构的传统方法，使其能够更加快速准确的确定磁有序结构，从而大大方便磁学的研究，尤其在解释中子散射实验、预测新型磁功能材料方面提供帮助，本发明则提供的一种基于遗传算法对材料磁结构进行搜索的方法及装置，包括：

获取待测材料的物理参数，所述物理参数包括初始原胞的三个原基矢、初始原胞内每个原子的坐标和超元胞的三个超基矢；

沿三个所述超基矢的方向对所述初始原胞进行扩展、并确定扩展后的超元胞，根据三个所述原基矢和所述初始原胞内每个原子的坐标确定所述超元胞内每个原子的坐标，并随机生成所述超元胞内每个原子的磁矩大小和磁矩方向；

确定遗传计算迭代次数N、每代种群个体数量n和最优个体数量m，将超元胞的一个磁有序结构作为一个个体，并将随机生成的n个个体作为初始的种群；

根据超元胞内每个原子的坐标、磁矩大小和磁矩方向，通过第一性原理进行结构优化和总能计算，来确定种群内每个个体的体系能量，以所述体系能量作为评价函数并对个体进行排序，体系能量越低，评价函数越好；将种群内每个个体的磁有序结构和对应的体系能量存储至数据库，并从所述数据库中筛选体系中评价函数最好的m个最优个体进入下一代计算；

基于遗传算法的杂交运算，从m个最优个体中随机抽取两个进行杂交生成新的个体，添加部分随机生成的新个体，直至新生成的下一代个体数量达到n，之后重复上述基于体系能量选取m个最优个体的步骤，直至迭代次数达到N；

根据最后得到的m个最优个体对应的体系能量最低的磁有序结构确定所述待测材料的全局最优磁有序结构。

在一种可能的实现方式中，所述从m个最优个体中随机抽取两个进行杂交并生成新的个体包括：

从m个所述最优个体中随机抽取一个个体作为父本，并根据超元胞中所有原子的坐标随机选取所述父本中k个原子，所述k个原子之间相连的化学键数量大于或等于预设阈值，k为随机正整数，且k不大于所述超元胞的原子个数；

再从最优个体中随机抽取另一个个体作为母本，将所述父本中的这k个原子的磁矩大小和磁矩方向赋值至母本中的相对应的k个原子，母本中其余原子保持母本原子原来的磁矩大小和磁矩方向，并将赋值后的母本作为杂交生成的下一代的个体。