The structure of each material is the key feature for understanding its physical and chemical properties. This has pushed scientists to look for a classification scheme for crystal structures in order to classify materials and determine similari-ties among them. This need has become more urgent since the advances in com-putational material science have led to the discovery of several unknown materi-al at a faster rate. In this thesis the most recent and accurate classification scheme have been con-sidered in order to develop an algorithm able to automatically manipulate the lattice basis and atomic coordinates as the only structural information so as to identify relationships between the structures of two or more materials. Particular attention is paid to the method proposed by Burzlaff, who first intro-duced the concept of mapping for the points pattern (atoms) of periodic struc-tures (crystals). His procedure provides a quantitative evaluation of the relation-ship between crystal structures and so is best suited for an automatic implemen-tation. The algorithm has been tested in order to find its strong and weak points. Many of the “real-world” difficulties that arise from working with numeric crystal rep-resentations have been solved, but some limitations still persists. It will be of primary interest to approach those limitations in future developments. The algorithm is currently implemented in the new beta version of AFLOW, an automatic framework for high-throughput material discovery. The user will be able to freely compare structures up to a maximum of 5 atoms.
La struttura di ogni materiale è la caratteristica chiave per comprendere le sue proprietà fisiche e chimiche. Questo ha spinto gli scienziati a cercare uno schema di classificazione per le strutture cristalline al fine di classificare i materiali e de-terminarne le similarità. Questa esigenza è diventata più urgente dal momento che i progressi nel campo della scienza dei materiali computazionale hanno porta-to alla scoperta di nuovi materiali e ad un ritmo sempre più elevato. A tal proposito questa tesi volge ad analizzare i metodi di classificazione più re-centi ed accurati per lo sviluppo di un algoritmo in grado di elaborare automati-camente le informazioni del reticolo cristallino e delle posizioni atomiche come unici dati strutturali al fine di identificare le similitudini tra due o più strutture di determinati materiali. Particolare attenzione è rivolta al metodo proposto da Burzlaff, che per primo ha introdotto il concetto di mapping per i punti (atomi) di “motivi” periodici (cris-talli). La sua procedura fornisce una valutazione quantitativa della similarità tra le strutture cristalline, risultando essere più adatta ad una implementazione au-tomatica. L'algoritmo è stato, inoltre, testato al fine di trovare i suoi punti di forza e di debolezza. Molte delle difficoltà che sorgono dall’utilizzo di descrizioni nu-meriche reali di strutture cristalline sono stati risolti, ma persistono ancora alcune limitazioni. Sarà di interesse primario affrontare tali limitazioni negli sviluppi fu-turi. L'algoritmo è attualmente implementato nella nuova versione beta di AFLOW, un programma automatico per la scoperta di nuovi materiali. L'utente sarà in grado di confrontare liberamente strutture fino ad un massimo di 5 atomi.
Automatic calculation of material properties : a mathematical model for structure prototype recognition
DE SANTO, CARLO
2013/2014
Abstract
The structure of each material is the key feature for understanding its physical and chemical properties. This has pushed scientists to look for a classification scheme for crystal structures in order to classify materials and determine similari-ties among them. This need has become more urgent since the advances in com-putational material science have led to the discovery of several unknown materi-al at a faster rate. In this thesis the most recent and accurate classification scheme have been con-sidered in order to develop an algorithm able to automatically manipulate the lattice basis and atomic coordinates as the only structural information so as to identify relationships between the structures of two or more materials. Particular attention is paid to the method proposed by Burzlaff, who first intro-duced the concept of mapping for the points pattern (atoms) of periodic struc-tures (crystals). His procedure provides a quantitative evaluation of the relation-ship between crystal structures and so is best suited for an automatic implemen-tation. The algorithm has been tested in order to find its strong and weak points. Many of the “real-world” difficulties that arise from working with numeric crystal rep-resentations have been solved, but some limitations still persists. It will be of primary interest to approach those limitations in future developments. The algorithm is currently implemented in the new beta version of AFLOW, an automatic framework for high-throughput material discovery. The user will be able to freely compare structures up to a maximum of 5 atoms.| File | Dimensione | Formato | |
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