GRIP程序：晶界结构巨正则系综优化的软件工具

摘要：在材料科学的世界里，晶界（Grain Boundary）是连接晶体内部秩序与无序的微观边界，也是决定材料性能的关键“节点”。如何精准、高效地优化晶界结构，一直是计算材料领域的重要挑战。近日，由斯坦福大学 Enze Chen 博士与劳伦斯利物莫国家实验室 Tim

在材料科学的世界里，晶界（Grain Boundary）是连接晶体内部秩序与无序的微观边界，也是决定材料性能的关键“节点”。如何精准、高效地优化晶界结构，一直是计算材料领域的重要挑战。近日，由斯坦福大学 Enze Chen 博士与劳伦斯利物莫国家实验室 Timofey Frolov 博士联合开发的GRIP 软件（GRand canonicalInterface Predictor），为这一问题提供了全新的解决方案。

GRIP 是一款专门用于晶界结构的巨正则系综（grand canonical）优化的软件工具，旨在帮助研究人员在原子尺度上探索材料界面（如晶界）可能的最优结构与构型。它不仅自动化生成晶界模型，还结合分子动力学与机器学习方法进行结构重建与演化，大大提高了研究效率与精度。

🔹 全流程自动化：从初始晶体构建、结构平移、重构，到缺陷（空位）生成和温度模拟，GRIP 实现了“无人值守”式晶界搜索。

🔹 双引擎驱动：结合ASE（Atomic Simulation Environment）实现结构操作，采用LAMMPS进行分子动力学与能量计算。未来也可拓展至 DFT/VASP 等方法。

🔹 巨正则优化策略：支持对晶界结构进行原子数与构型自由度的全局搜索，探索非固定组分与高温下的稳态结构。

🔹 机器学习加速：通过 ML 力场模拟极大减少计算资源消耗，实现对大系统的快速精准建模。

🔹 强大的可视化支持：内置绘图脚本，快速输出晶界能与结构配置图，帮助用户理解结构演化规律。

• 只需安装 Python 依赖（NumPy、ASE、PyYAML 等）与 LAMMPS，即可快速部署；

• 支持用户自定义晶体构型（如 POSCAR_LOWER / UPPER）；

• 参数管理清晰（通过 params.yaml），脚本控制简洁（运行 python main.py即可）；

• 还配有 SLURM 批处理脚本，支持并行计算。

• 晶界迁移、重构与缺陷动力学；

• 不同晶界结构对材料性能（如导电性、热稳定性）的影响；