Kristallstrukturvorhersage

Kristallstrukturvorhersage ist die Berechnung der Kristallstrukturen von Feststoffen aus ersten Prinzipien. Zuverlässige Verfahren zur Vorhersage der Kristallstruktur einer Verbindung nur an seiner Molekülstruktur, war ein Ziel der physikalischen Wissenschaften seit den 1950er Jahren. Eingesetzten Berechnungsmethoden umfassen Simulated Annealing, evolutionäre Algorithmen, verteilte mehrpoligen Analyse, Stichproben, Becken hüpfen, Data Mining, Dichtefunktionaltheorie und der molekularen Mechanik.

Geschichte

Die Kristallstrukturen von einfachen ionischen Feststoffe sind seit langem in Bezug auf Pauling Vorschriften rationalisiert, first out 1929 von Linus Pauling gesetzt. Für Metallen und Halbleitern hat unterschiedliche Regelungen, die zu Valenzelektronenkonzentration. , Vorhersage und Rationalisierung sind jedoch ziemlich unterschiedliche Dinge. Am häufigsten, durch Kristallstrukturvorhersage eine Suche nach minimaler Energie Anordnung der Atome im Raum versteht. Das Problem hat zwei Facetten - kombinatorische und energisch. Für komplexe nicht-Molekülkristalle, haben große jüngsten Fortschritte war die Martonak Version Metadynamik die Oganov-Glass evolutionären Algorithmus USPEX ,. Letztere ist in der Lage die Lösung des globalen Optimierungsproblems mit bis zu einige hundert Freiheitsgrade, während der Ansatz Metadynamik ist, alle strukturellen Variablen auf eine Handvoll "langsam" kollektive Variablen zu reduzieren.

Molekülkristallen

Die Kristallstrukturen von molekularen Substanzen, insbesondere organische Verbindungen, sind sehr schwer vorherzusagen und Rang in der Stabilität, weil die Faktoren, die sie, die intermolekulare Wechselwirkungen, zu bestimmen sind schwach und zahlreich, sie auf große Entfernung zu handeln und sie wenig Richtungsabhängigkeit aufweisen. Vorhersage organischen Kristallstrukturen ist wichtig, akademischen und industriellen Wissenschaft, insbesondere für Arzneimittel und Pigmente, in denen Verständnis Polymorphismus von Vorteil ist.

Seit 2007 hat erhebliche Fortschritte bei der CSP von kleinen organischen Molekülen hergestellt worden ist, mit mehreren verschiedenen Methoden als wirksam erweisen. Die am häufigsten diskutierten Verfahren an erster Stelle die Energien aller möglichen Kristallstrukturen unter Verwendung eines kundenspezifischen MM Kraftfeld, und Oberflächen durch die Verwendung eines Dispersionskorrigierte DFT Schritt, um die Gitterenergie und Stabilität der einzelnen Auswahlliste genannten Bewerberstruktur zu schätzen.

Kristallstrukturvorhersage-Software

Die folgenden Codes können bestimmte chemische Zusammensetzung und die äußeren Bedingungen stabilen und metastabilen Strukturen vorherzusagen:

  • USPEX - Multi-Verfahren Software, die evolutionären Algorithmus und andere Methoden enthält. Kann für Atom- oder Molekülkristalle verwendet werden; Volumenkristallen, Nanopartikeln, Polymeren, Oberflächenrekonstruktionen; kann die Energie oder anderen physikalischen Eigenschaften zu optimieren. Neben der Suche nach der Struktur an gegebenen Zusammensetzung können alle stabilen Zusammensetzungen in einem Mehrkomponenten-Zusammensetzung variable System zu identifizieren. Kostenlos für die akademische Forschung. Regelmäßig aktualisiert.
  • CALYPSO - Die Kristallstrukturanalyse von Particle Swarm Optimization, die Umsetzung der Partikel-Schwarm Optimierungsalgorithmus zur Identifizierung / Bestimmung der Kristallstruktur. Wie bei anderen Codes kann die Kenntnis der Struktur verwendet werden, um die multi-funktionelle Materialien zu entwerfen. Kostenlos für die akademische Forschung. Regelmäßig aktualisiert.
  • XtalOpt - Open-Source-Code-Implementierung eines evolutionären Algorithmus. Letzte Aktualisierung 2011.
  • GULP - Monte Carlo und genetische Algorithmen zur atomaren Kristallen. GULP ist auf der klassischen Kraftfeldern und arbeitet mit vielen Arten von Kraftfeldern. Kostenlos für die akademische Forschung. Regelmäßig aktualisiert.
  • GASP - sagt die Struktur und Zusammensetzung der stabilen und metastabilen Phasen der Kristalle, Moleküle, Atomclustern und Mängel von ersten Prinzipien. VASP, LAMMPS, MOPAC, Gulp, JDFTx usw. kostenlos und regelmäßig aktualisiert: Kann zu anderen Energiecodes und angeschlossen werden.

Weiterführende Literatur

  • AR Oganov, ed .. moderne Methoden der Kristallstrukturvorhersage. Berlin: Wiley-VCH. ISBN 978-3-527-40939-6.
  0   0
Vorherige Artikel Dragoljub Ćirić

In Verbindung Stehende Artikel

Kommentare - 0

Keine Kommentare

Fügen Sie einen Kommentar

smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile
Zeichen übrig: 3000
captcha