本发明专利技术提供的基于对共同邻近方法至多晶系推广的缺陷检索方法，通过对复杂晶体结构进行精简，然后通过累计的近邻数确定分类，通过累计出现的12，14近邻数，利用已知FCC,BCC,HCP、DIAMOND其中一种结构的配位数，再采用对应的配位数进行筛选，得到有缺陷原子和无缺陷原子，然后再通过DXA方法区别出晶界面和层错界面，再利用检索出除晶界面和层错界面以外的缺陷，从而实现针对多晶系的缺陷全面检索的目的。该方法无需对算法本身进行改进，方法简单，覆盖晶系范围广。覆盖晶系范围广。覆盖晶系范围广。
【技术实现步骤摘要】
基于对共同邻近方法至多晶系推广的缺陷检索方法及系统
[0001]本专利技术涉及晶界分析
，具体来说是一种基于对共同邻近方法至多晶系推广 的缺陷检索方法及系统。
技术介绍
[0002]共同近邻方法(common neighbor analysis，简称CNA)晶体的原子类型识别已经 广泛使用于立方晶系及六方晶系。可由OVITO等可视化软件通过对颜色区分实现，对原 子进行鉴别。但是对于其他晶系，并没有实现这种鉴别方法。
[0003]共同邻居(CNA)分析，是一种离散序参量，可以看作是一种分解的径向分布函数 (RDF)对。它可以用来表征该原子近邻的局部键合网络拓扑结构和识别简单的晶体结 构。此处的“键”指的是描述原子间的几何距离，如果两个原子间的距离小于截断半径 R
C
则称两个原子是键合的。
[0004]对于中心原子，可以找到截断半径RC中的近邻，每对近邻每对原子按如下方法命 名：一组三个指数，j，k，l。第一个指数j是两个原子共有的邻域数第二个指数k是 这些共同邻居之间的成键数，第三个指数l是节点的数量在由k形成的共同邻居之间成 键的最长的连续链。每对都被分配了一个三元指数(jkl)，以此可以对原子类型进行判 断。
[0005]如图1所示的FCC结构，其中蓝色原子为中心原子，绿色为中心原子的第一近邻原 子，红色为目标原子，红色键为目标原子和中心原子的共同近邻，蓝色的键为目标原子 和中心原子的共同近邻成的键。截止半径选取为第一近邻和第二近邻的一半
[0006][0007]中心原子有12个近邻，红色原子与中心原子共享4个近邻，4个近邻中相互成键2 个，所成的键没有成链，故最大键长度为1，FCC原子的12个最近邻的每个三元指数都 相同，都是(4 2 1)
[0008]如图2所示的BCC结构中，其中白色原子为中心原子，红色原子为第一近邻原子， 绿色原子为第二近邻原。中心原子有8个第一近邻，6个第二近邻，截止半径为Rc必须 选大于第二近邻距离(2nn)，因为如果截断半径小于2nn则没有共同的近邻，因此，截 断半径定在2nn和3nn和的一半
[0009][0010]如图3所示，蓝色原子为中心原子，红色原子为目标原子，绿色原子为共同近邻原 子，红色的键为共同原子的成键。对于第一近邻有8个(666)类型，红色原 子与中心原子共享6个近邻，6个近邻中相互成键6个，所成的键可以成链，最大键长 度为6。
[0011]如图4所示，蓝色原子为中心原子，红色原子为目标原子，绿色原子为共同近邻原 子，红色的键为共同原子的成键。对于第二近邻d2＝a有6个(444)类型，红色原子与 中心原
子共享4个近邻，4个近邻中相互成键4个，所成的键可以成链，最大键长度为 6。
[0012]如图5的HCP结构中，其中白色原子为中心原子，红色原子为第一近邻原子。中心 原子有12个近邻，有6个(4 2 1)类型，6个(4 2 2)类型，可选择截止半径
[0013][0014]如图6(4 2 1)类型,蓝色原子为中心原子，红色原子为目标原子，绿色原子为共同 近邻原子，红色的键为共同原子的成键。红色原子与中心原子共享4个近邻，4个近邻 中相互成键2个，所成的键没有成链，故最大键长度为1。
[0015]如图7(4 2 2)类型，蓝色原子为中心原子，红色原子为目标原子，绿色原子为共 同近邻原子，红色的键为共同原子的成键。红色原子与中心原子共享4个近邻，4个近 邻中相互成键2个，所成的键有2个最长链，故最大键长度为2。
[0016]传统的中心对称参数(centrosymmetry parameter，CSP)方法，对于立方晶系， 面心立方，最近邻是12，对于体心立方最近邻是8，对于中心对称参数的计算
[0017][0018]从中心原子到对立邻原子的两个邻原子的距离。对于无缺陷的情况，产生的CSP值 为零。相比之下，有缺陷的晶体区域内的原子场通常具有扰动的非中心对称邻域。在这 种情况下，CSP变为正值。使用适当的阈值，允许由于热位移和弹性应变而产生小扰动， 可以通过着色的方式对缺陷原子进行鉴别。
[0019]传统的CNA算法主要是针对FCC,BCC,HCP,DIAMOND结构进行鉴别，传统的CSP方 法是对中心对称结构进行分析，而DXA方法的使用是建立在CNA方法的基础上对晶体的 位错和晶界进行了区分，所以位错分析主要是针对FCC,BCC,HCP,DIAMOND结构进行鉴 别。因此，对于其他晶系的位错，层错，孪晶，晶界原子的区分和鉴别，目前主要是通 过电镜手段进行研究，经过检索，没有软件模拟可以呈现鉴别过程。
技术实现思路
[0020]本专利技术所要解决的技术问题在于现有技术中缺少针对包含复杂分子结构的多晶系 的缺陷检索的方法。
[0021]本专利技术通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
[0022]基于对共同邻近方法至多晶系推广的缺陷检索方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0023]步骤1.得到晶体的空间群结构，对空间群结构进行平移变换，得到最简晶胞结构；
[0024]步骤2.对精简后的晶胞结构计算近邻距离及个数；对近邻数个数进行统计，得到 12近邻、14近邻、同时具有12近邻和14近邻的三种情况，累计出现12或14时，保 留此时近邻距离r1和下一个近邻距离r2；
[0025]步骤3.根据近邻个数进行逐个筛选，得到有缺陷原子和无缺陷原子；根据近邻个数 进行逐个筛选，得到有缺陷原子和无缺陷原子；
[0026]3.1对于累计近邻数12时用FCC和HCP结构的配位数进行筛选，截止半径选择
个数进行逐个筛选，得到有缺陷原子和无缺陷原子；
[0045]3.1对于累计近邻数12时用FCC和HCP结构的配位数进行筛选，截止半径选择
[0046][0047]3.2对于累计近邻数14时用BCC结构的配位数进行筛选，截止半径选择
[0048][0049]3.3对于又有12近邻和14近邻的，先采用步骤3.1的方法筛选出不可鉴别原子， 在不可鉴别原子中，再采用骤3.2的方法进行进一步筛选；
[0050]分类模块，针对步骤3筛选得到的不可识别原子，利用位错检索方法区别出晶界面 和层错界面，再对层错和孪晶结果进行分类。
[0051]进一步的，所述结构精简模块中，对于大分子晶体，采取取质心的方式进行精简空 间群结构；对于化合物原子晶体，采取保留主元素的方式精简空间群结构。
[0052]进一步的，所述近邻个数计算模块中，对精简后的晶胞结构进行正负方向扩一个单 位，得到8个晶胞，对8个晶胞进行近邻个数计算。
[0053]进一步的，所述分类模块的具体过程为：
[0054]利用位错检索方法区别出晶界面和层错界面，然后再通过步骤4.1、4.2对层错和 孪晶结果进行分类；
[0055]4.1对于无缺陷结构的原子进行CSP数据统计
[0056]先对无缺陷结构的原子，进行中心对称参本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于对共同邻近方法至多晶系推广的缺陷检索方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.得到晶体的空间群结构，对空间群结构进行平移变换，得到最简晶胞结构；步骤2.对精简后的晶胞结构计算近邻距离及个数；对近邻数个数进行统计，得到12近邻、14近邻、同时具有12近邻和14近邻的三种情况，累计出现12或14时，保留此时近邻距离r1和下一个近邻距离r2；步骤3.根据近邻个数进行逐个筛选，得到有缺陷原子和无缺陷原子；根据近邻个数进行逐个筛选，得到有缺陷原子和无缺陷原子；3.1对于累计近邻数12时用FCC和HCP结构的配位数进行筛选，截止半径选择3.2对于累计近邻数14时用BCC结构的配位数进行筛选，截止半径选择3.3对于又有12近邻和14近邻的，先采用步骤3.1的方法筛选出不可鉴别原子，在不可鉴别原子中，再采用骤3.2的方法进行进一步筛选；步骤4.针对步骤3筛选得到的不可识别原子，先利用位错检索方法区别出晶界面和层错界面，然后再对层错和孪晶结果进行分类。2.根据权利要求1所述的基于对共同邻近方法至多晶系推广的缺陷检索方法，其特征在于，所述步骤1中，对于大分子晶体，采取取质心的方式进行精简空间群结构；对于化合物原子晶体，采取保留主元素的方式精简空间群结构。3.根据权利要求1所述的基于对共同邻近方法至多晶系推广的缺陷检索方法，其特征在于，所述步骤2中，对精简后的晶胞结构进行正负方向扩一个单位，得到8个晶胞，对8个晶胞进行近邻个数计算。4.根据权利要求1所述的基于对共同邻近方法至多晶系推广的缺陷检索方法，其特征在于，所述步骤4的具体过程为：利用位错检索方法区别出晶界面和层错界面，然后再通过步骤4.1、4.2对层错和孪晶结果进行分类；4.1对于无缺陷结构的原子进行CSP数据统计先对无缺陷结构的原子，进行中心对称参数数据统计，选取最近邻数，并对前三个峰值的数据进行记录，利用OVITO软件，选取第四个峰值处做上界，进行着色；4.2对于有缺陷结构原子进行中心对称参数数据统计，选取最近邻数，并对第四个峰值处设置着色上界，然后与步骤4.1中着色后的无缺陷结构原子进行比对，得到孪晶和层错缺陷。5.根据权利要求1至4任一所述的基于对共同邻近方法至多晶系推广的缺陷检索方法，其特征在于，在步骤1之前还包括获取模型的晶格常数值及对应角度，判断是否为FCC,BCC,HCP,DIAMOND其中一种结构，若是，则采用CAN方法和DXA方法分析晶体产生的位错和晶界，然后执行步骤4；若否，则依次执行步骤1至步骤4。6.基于对共同邻近方法至多晶系推广的缺陷检索系统，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾雉，汪瑜，张传国，袁伟伟，屈方，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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