一种界面结构表征方法、系统、电子设备及存储介质技术方案

本申请提供的界面结构表征方法，通过构建固

【技术实现步骤摘要】
一种界面结构表征方法、系统、电子设备及存储介质


[0001]本申请涉及材料计算
，特别涉及一种界面结构表征方法、仿真系统、电子设备及计算机可读存储介质。

技术介绍

[0002]单晶材料是医疗、高端制造、半导体、国防等领域的基础，对现代社会具有重大意义。揭示晶体的生长机制，理解不同外界条件对晶体生长的作用规律，是突破高质量大尺寸单晶制备的关键，一直受到学术界以及产业界的关注。通过分子模拟技术，分析固
‑
液界面结构是一种揭示晶体生长机制的重要手段。
[0003]在界面结构表征方面目前常见的如下：
[0004]1.垂直界面方向上的密度分布
[0005]该方法主要是表征固
‑
液界面处，在垂直界面方向上的层状原子结构。如图1所示，在晶体中一般呈现出周期起伏的密度分布，这是晶体长程有序性的表现。在液体部分，数密度呈现出一条平稳的直线，这是液体中结构无序的体现。在界面处，从晶体到熔体，离子数密度的波动逐渐减弱。这是从晶体的有序过渡到液体无序的体现。具体的过渡形式与具体的体系相关。在多元体系中除了界面处的结构序外，还可能存在化学序。结构序和化学序的竞争可能导致界面复杂的结构。
[0006]2.层内原子径向分布函数
[0007]在固
‑
液界面中，晶体附近的液体一般都会呈现出层状的有序结构。层内原子指的是平行界面方向上，图1中每一层内原子。通过计算这些层内原子之间的径向分布函数，表征平行界面方向上的结构特征。在晶体中，由于长程有序的存在，径向分布函数一般呈现出某种周期的振荡。在液体中，由于没有长程序，径向分布函数只存在零附近的几个峰。而在界面处，径向分布函数则处于二者的过渡状态，长程的波动逐渐减弱，短程的波动被保留。径向分布可作为界面结构定性表征的一种方式。
[0008]3.层内原子二维密度与X
‑
RD模拟
[0009]为了更直观的表征层内原子的二维结构，二维密度以及基于二维密度的X
‑
RD模拟也是常用的一种方法。二维密度与界面数密度类似，在一段时间内计算面内二维原子密度，获得面内原子的分布图样。在此基础上，对二维密度进行傅里叶变换即可获得X
‑
RD模拟结果，这能与实验直接对比。
[0010]以上这些方法都只是定性的表征方法，能定性的理解界面的结构变化特征，不能定量化界面结构的变化特征，以至于现有研究大多是定性研究，无法更进一步揭示界面结构与晶体生长机制之间的关系。

技术实现思路

[0011]鉴于此，有必要针对现有存在的无法定量表征的技术缺陷提供一种可以定量的表征界面结构的变化特征的界面结构表征方法、仿真系统、电子设备及计算机可读存储介质。
[0012]为解决上述问题，本申请采用下述技术方案：
[0013]本申请目的之一，提供了一种界面结构表征方法，包括下述步骤：
[0014]构建固
‑
液平衡体系；
[0015]获取所述固
‑
液平衡体系的界面原子数密度分布；
[0016]根据所述界面原子密度分布获取界面分层。
[0017]在其中一些实施例中，在构建固
‑
液平衡体系的步骤中，具体包括下述步骤：
[0018]建立10
×
10
×
10倍晶格常数的晶胞，在等温等压系综下，进行升温模拟；
[0019]在某个时刻体系能量或体积发生跳变，记录体系此时的温度T1；
[0020]在预估熔点以下按照100K的间隔取5个温度，在预估熔点以上按照100K的间隔取5个温度，在每个温度下，利用等温等压系综计算平衡晶格常数；
[0021]用三阶或四阶多项式拟合晶格常数与温度的关系；
[0022]建立一个在Z方向上边长是X或Y方向上边长的三倍的模拟盒子，固定中间部分的原子，在高于熔点1000K的等温等压体系下弛豫，待放开部分融化后，放开中间固定部分的原子，在等温等焓系综下，结合晶格常数与温度的关系，迭代平衡体系。
[0023]在其中一些实施例中，在获取所述固
‑
液平衡体系的界面原子数密度分布的步骤中，具体包括下述步骤：
[0024]根据所述平衡体系，在等温等压系综下平衡体系，通过拟合处置界面方向上模拟盒子的长度，获得垂直界面方向上的体系的平衡长度，通过调整模拟盒子边长，将所述平衡体系转为等温等体积系综，利用所述等温等体积系综的数据，在垂直界面方向上以划分多个薄层，计算每个薄层中的原子数密度，获得界面原子密度分布。
[0025]在其中一些实施例中，在根据所述界面原子密度分布获取界面分层的步骤中，具体包括下述步骤：
[0026]根据参考层g
refer
，计算层间的径向分布函数的偏差Deviation，计算公式如下：
[0027][0028]g(i)为第i个薄层中的面内径向分布函数，g
refer
为某个薄层内的径向分布函数，该薄层可以是晶体、熔体、界面附近的任何薄层，以该函数作为参考值，计算偏差。在其中一些实施例中，在根据参考层g
refer
，计算层间的径向分布函数的偏差Deviation的步骤中，所述参考层包括界面附近晶体中的某一层、界面附近熔体中的一层或近邻层。
[0029]在其中一些实施例中，当所述参考层为近邻层时，在选取近邻层之前首先对界面各层编号，从界面附近晶体的某层开始编号为1，直到熔体中看不到明显的原子密度波动，在选择所述近邻层作为参考层时，g(i)的层数比g
refer
大一层。
[0030]本申请目的之二，提供了一种所述的界面结构表征方法的表征系统，包括：
[0031]体系构建单元，用于构建固
‑
液平衡体系；
[0032]界面原子密度分布单元，用于获取所述固
‑
液平衡体系的界面原子密度分布；
[0033]界面分层单元，用于根据所述界面原子密度分布获取界面分层。
[0034]本申请目的之三，提供了一种电子设备，包括处理器、存储器和通信接口，所述存储器存储有一个或多个程序，并且所述一个或多个程序由所述处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行如任一项所述的方法中的步骤的指令。
[0035]本申请目的之四，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储用于电子数据交换的计算机程序，其中，所述计算机程序使得计算机执行所述的方法的步骤。
[0036]本申请采用上述技术方案，其有益效果如下：
[0037]本申请提供的界面结构表征方法、系统、电子设备及计算机可读存储介质，通过构建固
‑
液平衡体系，获取所述固
‑
液平衡体系的界面原子数密度分布，根据所述界面原子密度分布获取界面分层，相较于之前的定性表征方法，本申请基于界面层内径向分布函数的计算结果，开发了界面结构变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种界面结构表征方法，其特征在于，包括下述步骤：构建固
‑
液平衡体系；获取所述固
‑
液平衡体系的界面原子密度分布；根据所述界面原子密度分布获取界面分层。2.如权利要求1所述的界面结构表征方法，其特征在于，在构建固
‑
液平衡体系的步骤中，具体包括下述步骤：建立10
×
10
×
10倍晶格常数的晶胞，在等温等压系综下，进行升温模拟；在某个时刻体系能量或体积发生跳变，记录体系此时的温度T1；在预估熔点以下按照100K的间隔取5个温度，在预估熔点以上按照100K的间隔取5个温度，在每个温度下，利用等温等压系综计算平衡晶格常数；用三阶或四阶多项式拟合晶格常数与温度的关系；建立一个在Z方向上边长是X或Y方向上边长的三倍的模拟盒子，固定中间部分的原子，在高于熔点1000K的等温等压体系下弛豫，待放开部分融化后，放开中间固定部分的原子，在等温等焓系综下，结合晶格常数与温度的关系，迭代平衡体系。3.如权利要求1所述的界面结构表征方法，其特征在于，在获取所述固
‑
液平衡体系的界面原子密度分布的步骤中，具体包括下述步骤：根据所述平衡体系，在等温等压系综下平衡体系，通过拟合垂直界面方向上的模拟盒子边长，计算垂直界面方向上的平衡长度，通过调整模拟盒子边长，并将所述平衡体系转为等温等体积系综，利用所述等温等体积系综的数据，在垂直界面方向上以划分多个薄层，计算每个薄层中的原子数密度，获得界面原子数密度分布。4.如权利要求1所述的界面结构表征方法，其特征在于，在根据所述界面原子密度分布获取界面分层的步骤中，具体包括下述步骤：根据参考层g
refer

【专利技术属性】
技术研发人员：刘锋，薛冬峰，陈昆峰，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：