【技术实现步骤摘要】
本申请涉及材料科学以及计算机，尤其涉及一种第一性原理的磁性约束方法及装置。
技术介绍
1、磁性约束指的是指获得磁性材料中偏离磁性基态的磁性构型，用局域的势场来约束磁性材料中电子的局部分布。磁性约束的基本原理是带有不同自旋方向的电子在空间上的分布不同。但是，目前的磁性约束方法的约束效果差，只能约束共线表示下的原子磁矩；只能约束原子磁矩的位向或模长中的任一变量，无法对两者同时精确约束；约束算法依赖于初始参数，缺乏对新体系、新构型的适应性，某些体系收敛困难；只通过的能量泛函下的电子迭代实现约束，收敛速度慢、精度低；没有与惯用的平面波第一性原理计算软件集成的方法，无法利用其高性能的算法和高精度的赝势库，使用和推广不易；无法选择性地对某些原子施加约束，容易引入对非磁性原子的不合理限制。
技术实现思路
1、本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
2、为此，本申请的第一个目的在于提出一种第一性原理的磁性约束方法，以解决目前的磁性约束方法的约束效果差的技术问题。
3、本申请的第二个目的在于提出一种第一性原理的磁性约束装置。
4、为达到上述目的，本申请第一方面实施例提出的一种第一性原理的磁性约束方法，包括：
5、获取初始磁性体系的磁性构型以及目标磁矩；
6、基于第一性原理，根据所述体系参数以及所述目标磁矩对所述初始磁性体系的电子密度和约束常数进行优化，从而最小化所述初始磁性体系的能量；
7、基于优化后的电子密度
8、可选地，在本申请的一个实施例中，所述获取初始磁性体系的磁性构型，包括：
9、获取所述初始磁性体系的磁性构型对应的所有原子的空间位置，以及每一个原子的磁矩信息。
10、可选地，在本申请的一个实施例中，所述根据所述体系参数以及所述目标磁矩对所述初始磁性体系的电子密度和约束常数进行优化，包括：
11、基于自洽迭代，对所述电子密度和所述约束常数进行优化；
12、在自洽迭代的过程中，局势域中引入的变化量正比于所述约束常数。
13、可选地，在本申请的一个实施例中，所述基于自洽迭代，对所述电子密度和所述约束常数进行优化，包括：
14、对所述电子密度进行优化的过程中，所述约束常数保持不变；
15、对所述约束常数进行优化的过程中，所述电子密度保持不变。
16、可选地，在本申请的一个实施例中，所述根据所述体系参数以及所述目标磁矩对所述初始磁性体系的电子密度和约束常数进行优化，包括：
17、在对所述电子密度和所述约束常数进行优化的过程中，在哈密顿量中加入线性能量贡献，所述线性能量贡献包括所述约束常数，以及所述目标磁矩与原子的磁矩信息的差值。
18、可选地，在本申请的一个实施例中，所述在对所述电子密度和所述约束常数进行优化的过程中，在哈密顿量中加入线性能量贡献，包括：
19、所述线性能量贡献中，所述约束常数的维度为原子个数的三倍，任一原子在不同方向的约束常数均不同。
20、可选地，在本申请的一个实施例中，所述根据所述体系参数以及所述目标磁矩对所述初始磁性体系的电子密度和约束常数进行优化，包括：
21、在对所述初始磁性体系的电子密度和约束常数进行优化的过程中，固定所述初始磁性体系中至少一个原子的空间位置，或者，固定所述初始磁性体系中至少一个原子的磁矩信息，以得到剩余原子的磁矩信息的弛豫过程。
22、可选地，在本申请的一个实施例中，所述基于优化后的电子密度和优化后的约束常数确定约束后的磁性体系的磁性构型，包括：
23、基于优化后的电子密度和优化后的约束常数确定所述约束后的磁性体系的磁性构型对应的所有约束后的原子的空间位置、每一个原子的终态磁矩信息、约束后的磁性体系的体系能量、每一个原子所受到的原子力、每一个原子所受到的磁性相互作用力以及全自由度约束场。
24、可选地，在本申请的一个实施例中，在所述基于优化后的电子密度和优化后的约束常数确定约束后的磁性体系的磁性构型之后，还包括：
25、对所述所有约束后的原子的空间位置、所述约束后的磁性体系的体系能量、所述每一个原子所受到的原子力、每一个原子所受到的磁性相互作用力进行高通量计算，得到机器学习数据集。
26、为达到上述目的，本申请第二方面实施例提出的一种第一性原理的磁性约束装置，包括：
27、获取模块，用于获取初始磁性体系的磁性构型以及目标磁矩；
28、优化模块，用于基于第一性原理，根据所述体系参数以及所述目标磁矩对所述初始磁性体系的电子密度和约束常数进行优化，从而最小化所述初始磁性体系的能量；
29、确定模块，用于基于优化后的电子密度和优化后的约束常数确定约束后的磁性体系的磁性构型。
30、综上，本申请实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：
31、1)本申请适用于非线性表示下的原子磁矩；且约束精度高，可将原子磁矩计算精度提高到10-8ub、磁性能量计算精度提高到10-9ev量级；
32、2)本申请适用范围广，对于不同磁性体系仅需少量测试即可完成约束，并且在约束过程中大部分参数是自适应的，因此，对于能量很高的磁性激发态也能有效收敛；
33、3)本申请除常规第一性计算输出，例如终态磁矩和对应体系能量之外，还可以给出磁性构型对应的全自由度的约束场；
34、4)本申请可对部分原子或部分磁矩分量进行选择性约束，用于研究固定某些原子磁矩过程中其他原子磁矩的弛豫过程。
35、本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
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1.一种第一性原理的磁性约束方法，其特征在于，所述方法包括：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取初始磁性体系的磁性构型，包括：
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述体系参数以及所述目标磁矩对所述初始磁性体系的电子密度和约束常数进行优化，包括：
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于自洽迭代，对所述电子密度和所述约束常数进行优化，包括：
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述体系参数以及所述目标磁矩对所述初始磁性体系的电子密度和约束常数进行优化，包括：
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述在对所述电子密度和所述约束常数进行优化的过程中，在哈密顿量中加入线性能量贡献，包括：
7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述体系参数以及所述目标磁矩对所述初始磁性体系的电子密度和约束常数进行优化，包括：
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于优化后的电子密度和优化后的约束常数确定约束后的磁性体系的磁性构型，包括：
9.
10.一种第一性原理的磁性约束装置，其特征在于，所述装置包括：
...【技术特征摘要】
1.一种第一性原理的磁性约束方法，其特征在于，所述方法包括：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取初始磁性体系的磁性构型，包括：
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述体系参数以及所述目标磁矩对所述初始磁性体系的电子密度和约束常数进行优化，包括：
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于自洽迭代，对所述电子密度和所述约束常数进行优化，包括：
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述体系参数以及所述目标磁矩对所述初始磁性体系的电子密度和约束常数进行优化，包括：
6.如权利要求5所述的方法，...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐贲，蔡泽峰，张平，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院研究生院，
类型：发明
国别省市：
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