一、USPEX简介

USPEX—基于进化算法的晶体结构预测方法

USPEX(基于进化算法的晶体结构预测方法，Universal Structure Predictor: Evolutionary Xtallography)， 是由Artem R.Oganov教授于2004年开发成功的。

长久以来，晶体结构预测一直是一项棘手的问题，它是理论晶体化学的核心内容。随着新计算工具的快速发展，许多新材料和复杂材料的结构预测成为可能。USPEX成功的解决了这个问题，并允许通过只知道材料的化学成分来预测具有任意极端温度和压强条件下的晶体结构。如今，全世界5000多名研究人员都在使用它。无机晶体结构预测的盲法试验表明，USPEX在效率和可靠性方面优于其它方法，因此USPEX方法得到迅速发展。“uspekh” 在俄语中是“成功”的意思，也显示了这种方法近100%的成功率！

除了晶体结构预测外，USPEX还可以在其他维度上工作，预测纳米粒子、聚合物、表面、界面和二维晶体的结构。它能非常有效地处理分子晶体（包括那些具有柔性和非常复杂分子的晶体）。此外，只要给出化学元素的名称，就可以预测稳定的化学成分和相应的晶体结构。除了这种完全非经验搜索之外，USPEX还允许预测一组强大的亚稳态结构，并使用不同程度的先验知识进行几种类型的模拟。

USPEX还可用于寻找低能亚稳相、纳米颗粒的稳定结构、表面重构、有机晶体中的分子填料，以及寻找具有所需物理（机械、电子）性能的材料。USPEX代码基于Artem R.Oganov团队开发的高效进化算法，但也可选择使用其他方法（随机抽样、元动力学、修正粒子群优化算法）。USPEX与许多从头计算代码相连，如VASP、Siesta、Gulp、Quantum Espresso、CP2K、Castep、LAMPS等。

二、USPEX特色功能

• 无需实验数据，仅从材料的化学成分出发预测晶体结构，特别适用于高温、高压等极限条件下的晶体结构和分子结构预测；

• 功能性材料，如超硬、超密材料，高/低k介电材料等；

• 新能源材料，如储氢材料等；

• 金属，超导体，金属有机物等材料；

• 支持各种晶胞结构的搜索；

• 由实验得到的晶胞结构开始搜索，如晶胞参数，晶胞形状，晶胞体积等；

• 由已知和假设结构开始搜索；

• 高效的收敛技术；

• 遗传进化算法（Evolutionary Algorithm）显著地降低对非物理和冗余结构的搜索；

• 微粒群优化算法（Particle Swarm Optimization）对周期性晶体结构预测。