Composition Gradient

Group: Alloy | Class: CompositionGradientCard

What the card does

Composition Gradient 沿晶格 a、b 或 c 方向排列可替换原子，再把它们分成原子数尽量相同的若干层。第一层使用起始成分，最后一层使用结束成分，中间层做线性插值。卡片只重新分配元素，不移动原子，也不改变晶胞。

它适合扩散偶、梯度合金和界面过渡层。如果你需要的是多个空间均匀、但全局成分不同的合金结构，应使用 Composition Space Sampling → Random Occupancy，而不是这张卡。

Example workflow

Scenario: A diffusion-couple transition layer is missing

A Ni-Co training set contains pure Ni, pure Co, and homogeneous random alloys but no spatial transition from Ni-rich to Co-rich material. The model consequently shows systematic error at a diffusion-couple interface.

输入： 沿晶格 a 方向足够长的 Ni 或 Ni-Co 超胞。 目标： 生成晶格 a 方向从 Ni:1,Co:0 到 Ni:0,Co:1 的配比梯度。 参数设置： elements=Ni,Co，axis=a，bins=8，target_elements=Ni,Co，samples=3，开启 use_seed。 输出： 每个输入结构生成 3 个具有相同层配比、不同层内随机排布的梯度结构。 怎么验证训练集质量改善： 按晶格 a 方向分层统计元素比例，应从 Ni-rich 单调过渡到 Co-rich；重训后扩散偶界面测试误差应下降。

Parameters

Elements（elements）

str, default Ni,Co. Elements whose endpoint fractions are interpolated. Two elements are sufficient for a binary diffusion couple; list every composition-varying element for a ternary transition layer.

Start Composition（start_composition）

str, default Ni:1,Co:0. Target ratios at the low-coordinate end of the selected axis. Values need not be normalized; their relative magnitudes set the first bin’s composition.

End Composition（end_composition）

str, default Ni:0,Co:1. Target ratios at the high-coordinate end. A binary diffusion couple commonly changes one element from 1 to 0 and the other from 0 to 1.

Axis（axis）

str，默认 a，可选 a、b 或 c。它们表示晶格坐标方向，不是笛卡尔 X/Y/Z。程序按对应的分数坐标从低到高排列原子：起始成分放在低坐标端，结束成分放在高坐标端。

选真实扩散方向或界面法向。旧配置中的 x/y/z 仍可加载，并分别按 a/b/c 处理。

如果这个方向是周期的，晶胞高坐标端会和低坐标端相接。起止成分不同时，周期边界处会出现一次额外的成分突变；做周期扩散偶时要确认这正是你想要的边界条件。

Bins（bins）

int，默认 8。程序按位置排序后，把候选原子分成原子数尽量相同的若干组；它不是按等距离切出若干个等厚空间层。

bins 越大，成分变化看起来越细，但每层原子越少、整数取整误差越大。某层有 N 个候选原子时，单个元素能够表达的最小成分步长约为 1/N。例如每层只有 4 个原子，只能稳定表达 0%、25%、50%、75% 和 100%。如果输入只有 32 个候选原子，设 8 层已经意味着每层约 4 个原子。

Target Elements（target_elements）

str，默认空。这里填写输入结构中允许被替换的现有元素，不是输出元素。留空会让所有原子都参与重新分配；例如输入含 Ni、Co、Al，而 elements=Ni,Co 时，Al 也会被改成 Ni 或 Co。

多组元体系通常应显式填写，例如 Ni,Co，以保留 Al 子晶格。当前参数只能按元素筛选，不能按空间区域或 group 标签筛选。

Samples（samples）

int，默认 1。每个输入结构生成几个随机排布。同一层的元素数量不变，改变的只是这些元素落在哪些候选位点上。1-3 个适合补少量扩散偶构型；如果要研究同一成分梯度下的局域无序差异，可以增加输出数量。

Use Seed（use_seed）

bool, default false. Enable for a reproducible training set or controlled comparison. It may be disabled for large exploratory sampling, but individual frames will not be reproducible.

Seed（seed）

int, default 0. Identical input, parameters, and seed produce the same candidates.

Active only when use_seed=True.

Recommended presets

Binary diffusion couple

{
  "class": "CompositionGradientCard",
  "params": {
    "elements": "Ni,Co",
    "start_composition": "Ni:1,Co:0",
    "end_composition": "Ni:0,Co:1",
    "axis": "a",
    "bins": 8,
    "target_elements": "Ni,Co",
    "samples": 3,
    "use_seed": true,
    "seed": 42
  }
}

A one-dimensional transition from Ni-rich to Co-rich material.

Ternary graded layer

{
  "class": "CompositionGradientCard",
  "params": {
    "elements": "Co,Cr,Ni",
    "start_composition": "Co:0.8,Cr:0.1,Ni:0.1",
    "end_composition": "Co:0.1,Cr:0.4,Ni:0.5",
    "axis": "c",
    "bins": 10,
    "target_elements": "Co,Cr,Ni",
    "samples": 2,
    "use_seed": true,
    "seed": 9
  }
}

A layered composition transition in a multicomponent alloy.

Recommended combinations

Super Cell -> Composition Gradient -> Geometry Filter: create enough layers along the gradient, assign compositions, then check geometry.
Crystal Prototype Builder -> Super Cell -> Composition Gradient -> Atomic Perturb: build a crystal template, then add a spatial composition gradient and local displacements.
Composition Gradient -> FPS Filter: select representative frames from several graded structures.

Common questions

A bin fraction does not exactly equal the requested decimal. Atom counts are integers and use the nearest feasible allocation. Increase the supercell or reduce bins to improve composition resolution.

The operation fails or returns no output. Check that elements contains at least two species, both endpoint compositions parse correctly, and target_elements matches atoms in the input.

倾斜晶胞中的方向怎么看。 a/b/c 始终表示晶格分数坐标方向。即使晶格向量倾斜，也不会切换成笛卡尔 X/Y/Z。

为什么周期边界处还有一个突变界面。 周期方向的高坐标端会与低坐标端相接，而线性梯度的结束成分通常不同于起始成分。需要连续周期成分场时，这张卡当前不适用。

Output labels

CompGrad(ax={a|b|c},b={bins},s={seed})。s 只在 use_seed=True 时出现。

Reproducibility

With use_seed enabled, the within-bin arrangement is determined by seed, the input-structure identity, and the sample index.