从计算机仿真数据检测晶体结构的算法

从计算机仿真数据中检测晶体结构是一个尚未解决的问题。传统上用于从实验衍射数据中进行结构确定的 reciprocal 空间方法，不适用于分析计算机仿真数据，即使将其转换为傅里叶空间。过去一段时间里，尝试通过分析实空间中的局部邻域和晶体状态的破对称性来解决这一问题。本文提出了一种启发式解决方案，通过直接从计算机仿真中获得的粒子坐标检测所有可能的单位胞。该方法基于晶体结构的已知事实，其中一些在当前问题的上下文中未被充分利用，包括：配位数多面体的对称性及其与简单 Bravais 晶格方向向量之间的经验关系，以及任何复杂晶体都可以系统分解为多个 Bravais 晶格。通过运用这些思想，并结合搜索、聚类和凸包构建等标准计算技术，我们能够处理复杂基底并从坐标中构建所有晶体学可行的单位胞。该方法能够通过设置某些阈值来处理统计噪声，并以透明的方式处理多组分系统。我们在真实的蒙特卡洛仿真数据和多种测试系统上对其进行了验证，包括基底中包含数十个粒子的晶体。该启发式算法无需大量人工干预和计算资源，为长期以来的难题提供了解决方案，将对凝聚态物理和计算材料科学的更广泛社区有益。