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FÍSICA COMPUTACIONAL
(CALYPSO : un método para la predicción
de estructura cristalina)

Julián Enrique Amaya Moreno
Ingeniería de sistemas y computación
Resumen
Se ha desarrollado un paquete de software CALYPSO (Análisis estructura cristalina por
Particle Swarm Optimization) para predecir las estructuras cristalinas estables
energéticamente de materiales en composiciones químicas que se indican ylas condiciones
externas (por ejemplo, presión). El método CALYPSO se basa en varias técnicas
importantes (por ejemplo, el algoritmo de optimización, las restricciones de simetría en la
generación estructural, matriz de caracterización de bonos en la eliminación de estructuras
similares, estructuras aleatorias parciales por generación sobre la mejora de la diversidad
estructural y pena de lafunción de partículas enjambre, etc.) para minimización estructural
mundial a partir de cero. Todas estas técnicas se han demostrado ser críticas para la
predicción de la estructura estable global. Hemos implementado estas técnicas en el código
de CALYPSO. Pruebas del código en muchos sistemas conocidos y desconocidos muestra
una alta eficiencia y la tasa de gran éxito de este método CALYPSO. En estetrabajo, se
realiza enfoque en la descripción y aplicación del código de CALYPSO para todo este
funcionamiento ya que es efectivo.

El desarrollo del método CALYPSO como implementación a la comprensión de los
comportamientos de los materiales a escala atómica es fundamental para la ciencia y la
tecnología moderna. Como muchas de las propiedades y los fenómenos son controladas en
última instanciapor las estructuras cristalinas, la predicción de la estructura cristalina es

una tarea importante en la química y la física de la materia condensada. Sin embargo, la
predicción estructural con la única información conocida de composiciones químicas es
extremadamente difícil, ya que, básicamente, consiste en la clasificación de un gran número
de mínimos de energía en la superficie energíareticular. Debido a los importantes avances
tanto en la teoría de energía y materiales básicos de cálculo, ahora es posible predecir la
estructura cristalina en cero Kelvin utilizando los métodos de la mecánica cuántica. Una
forma de predecir la estructura es mediante la extracción de estructuras conocidas de bases
de datos de estructuras que se encuentran previamente en materiales similares. Tambiéneste método tiene una tasa de éxito limitado y es incapaz de generar nuevos tipos de
estructura cristalina. Recocido recientemente, los métodos más avanzados incluyendo
simuladas y los mínimos de saltos, la cuenca de salto, metadynamics, el algoritmo genético,
y el método de muestreo aleatorio que se han desarrollado y aplicado, que permiten una
búsqueda sistemática de las estructuras estatales detierra sobre la base de la composición
química y la externa condiciones. El recocido simulado, lavabo saltar, mínimos saltando y
metadynamics centrarse en la superación de las barreras de energía y tienen éxito en
muchas investigaciones y en particular, cuando la estructura de partida es cerca del mínimo
global. El algoritmo genético comienza a utilizar un método de auto-mejora y es así capaz
depredecir correctamente muchas estructuras. El método de muestreo aleatorio, como un
método sencillo y eficaz, también tiene éxito en muchas aplicaciones.
La optimización por enjambre de partículas (PSO), primero propuesto por Kennedy y
Eberhart, es un método de optimización basado en la población. Como método de
optimización global estocástico, PSO se inspira en la coreografía de una bandada de avesy
se puede ver como un algoritmo distribuido comportamiento que lleva a cabo la búsqueda
multidimensional. De acuerdo a las OSP, el comportamiento de cada individuo se ve
afectado tanto por el mejor local o el mejor individuo global para ayudar a volar a través de
un hiperespacio. Por otra parte, un individuo puede aprender de sus experiencias pasadas
para ajustar su velocidad y dirección del...