团簇强效全局优化算法研究领域

2020-08-21 15:03:28 湖南赛西 8

一般而言,结构的全局优化是团簇科学和结构化学领域非常重要的研究课题之一,也是需要进一步推进的研究领域。


这一点主要可以从两个方面来说明:第一,这是得到最稳定的、低能量结构的重中之重,也是实验或理论进行下一步研究工作的基础;第二,合适的全局优化算法可以应用于某一特定的团簇来完成全局优化。


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团簇的结构决定了团簇的基本性质,并且是理解所有物理和化学性质的重要基础得到团簇稳定的几何结构并把这些结构当成基本单元来合成新的纳米材料,是现代团簇科学的研究热点之一。


从能量的观点来说,对于一个确定组分和尺寸的团簇,得到其基态结构是研究该团簇的基本问题。要解决这个问题,就要找到势能面( Potential Energy Surface)上的全域极小值(Global Minimum)。


势能面是团簇形成过程中原子相互作用的产物,得到其基态结构之后就可以对其具有的各种性质进行研究或改性了。同时,也可以将这些稳定结构视为基本结构单元来合成和构建新的纳米材料。


此外,在团簇由原子、分子向块体材料演化的过程中,其几何结构如何随着原子数目变化,多大尺寸的团簇具有类似块体材料的晶格结构,不同尺寸、不同类型团簇的原子键合方式是怎样的等,这些问题都需解决。


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尽管对团簇的几何结构的研究是研究团簇电子特性的出发点,但是搜寻团簇的几何结构(尤其是基态结构)正是团簇研究的难点所在,目前不仅在实验上存在困难,在理论模拟计算上也非易事。


根据是否利用了待优化问题的已有知识,可将优化算法分为有偏( Biased)全局优化算法和无偏(Unbiased)全局优化算法两种其中,有偏全局优化算法从构建好的格点开始搜索或基于格点搜索来进行优化,所以有偏全局优化算法的特点是快速,但是此类算法只能优化到格点对应的构型。


而无偏全局优化算法从随机产生的结构开始搜索,优化过程基于微扰理论,因此无偏全局优化算法对新构型有着很强的搜索能力,能用于不同团簇的

结构优化或用于解决其他类型的结构优化问题。


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