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          CALYPSO (Crystal structure AnaLYsis by Particle Swarm Optimization) 材料设计方法与软件可以仅根据物质的化学组分和外界条件(如压强)来搜索或确定物质的原子结构,并可以根据功能需求进行功能材料(如超硬材料等)的结构设计。截至2025年4月,CALYPSO方法和软件已经被包括诺贝尔奖获得者团队在内的77个国家和地区5000余位用户使用,在Nat.Chem.、Nat.Commun.、Phys. Rev. Lett.、Proc. Natl. Acad. Sci. USA 、J. Am. Chem. Soc.、Nano Lett.等国际顶尖期刊发表了2000余篇SCI论文,成为国际结构搜索领域最具影响力的方法和软件之一。

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遮罩层(JS控制悬停)
根据化学组分和外界条件搜索
不同维度的物质结构

>零维团簇或分子结构
>二维层状、表面重构及吸附结构
>三维晶体结构
设计具有特殊性质的功能材料
例如,超硬材料、电子材料、光催化材料等

条件约束的结构搜索,如固定晶格参数
原子位置,空间群, 或分子单元的结构搜索
变化学组分的结构搜索,如寻找最稳定
的化学配比

固-固相变的过渡态搜索

三维晶体材料
空间群限制、成键特征矩阵、粒子群优化算法、对称性人工蜂群算法

团簇或纳米粒子
点群限制、粒子群优化算法

二维层状材料
平面群限制、粒子群优化算法

二维表面重构
产生指定表面、平面群限制

界面结构预测
晶体生长法产生界面结构

二维界面结构
晶体生长法产生界面结构

分子晶体结构
高斯过程回归势

超硬材料
自定义硬度公式

实验XRD逆向搜索
晶体XRD模拟、关联函数对比XRD图谱

产品影响力

国家自然科学奖
二等奖

WALTER KOHN
国际奖




2,000

诺奖得主及
多国院士团队使用

日本松下、丰田等
公司商业使用

典型应用

SrB₃C₃晶体结构图

预测了第一个热力学稳定的笼形碳结构SrB₃C₃,并首次在高压和高温的条件下实验合成。SrB₃C₃作为笼形碳化物家族的第一个成员,开启了探索新型碳基材料的大门 [参见Sci. Adv. 6, 8361 (2020)]。

CaO₃晶体结构图

预言了包含新奇氧化态O₃²⁻的CaO₃高压相,并实验合成,丰富了臭氧化合物家族,也为理解地球内部氧循环提供了新途径[参见Nat. Commun. 11, 4702 (2020)]。

CaH₆晶体结构图

在国际上率先预言高压下氢笼结构的富氢化合物—CaH₆有200 K以上的高温超导性,这开辟了寻找氢基高温超导体的新路径[参见Proc. Natl. Acad. Sci. USA 109, 6463 (2012)]。

LaH₁₀晶体结构图

将氢笼结构富氢化合物拓展至稀土元素系统REHx(RE是稀土元素,x = 6, 9, 10),并预言了接近室温的高温超导性。实验陆续证实了预言的LaH₁₀、YH₉、CeH₉、CeH₁₀等的高温超导性,最高超导转变温度达250-260 K(LaH₁₀)[参见Phys. Rev. Lett. 119, 107001 (2017)]。

(H₂O)(NH₃)₂晶体结构图

预言 (H₂O)(NH₃)₂在65G Pa以上会转变成离子相O₂⁻(NH₄⁺)₂ ,被后续实验证实,为冰行星地幔的内部结构研究提供了一种新思路[参见 Proc. Natl. Acad. Sci. USA 114, 9003 (2017)] 。

XeFe₃晶体结构图

预言Xe和Fe在高压下发生反应形成XeFe₃化合物,被实验证实,据此给出氙可能储存在地核内部的证据,为解决困扰学界的“氙气的消失之谜”提供新机制[参见Nat. Chem. 6, 644 (2014)]。

Li的oC40晶体结构图

预言在高压下锂转变为一个晶体学单胞内含有40个原子的复杂底心正交oC40结构 ,被实验证实,据此揭开了高压下锂半导体特性产生的物理机制 [参见Phys. Rev. Lett. 106, 015503 (2011)]。

β-Bi₂Te₃晶体结构图   γ-Bi₂Te₃晶体结构图

预言Bi₂Te₃在高压下先后转变为7配位和8配位成键特征的单斜结构,并实验证实,解决了困扰学界近40年的Bi₂Te₃高压超导相的结构难题 [参见 Phys. Rev. Lett. 16, 145501 (2011)]。