晶体原型构建（Crystal Prototype Builder）

Group: Lattice | Class: CrystalPrototypeBuilderCard

功能说明

从 fcc / bcc / hcp / diamond 等标准晶格原型直接生成晶体结构。选定元素和晶格常数后，程序按模板构造单胞并自动扩胞至目标原子数。这是一张生成器卡（Generator），不需要输入结构。

操作示例

场景：训练集缺少跨晶型的比较样本

你在 fcc Ni 上训练了一个 NEP 模型，fcc 相的弹性、声子都很好。但这个 Ni 体系理论上可能存在 hcp 亚稳相——模型在 hcp 相上预测的能量偏高，无法正确给出 fcc/hcp 的能量差。

诊断思路： 训练集里只有一种晶型，模型自然偏向它见过的唯一结构。需要把 fcc 和 hcp 两种原型的干净结构都加入训练集，让模型有内插依据来比较不同晶型的能量。这些原型结构不需要是真实实验构型——它们作为”锚点”帮助模型构造相空间。

输入： 无（生成器卡，不依赖上游结构）

目标： 生成 fcc + hcp 两种晶型的 Ni 结构，晶格常数在实验值附近略有扫描

参数设置：

Lattice = fcc，Element = Ni，A Range = [3.52, 3.52, 0.05]
Auto Supercell = 勾选，Max Atoms = [256]
再开一张同参数但 Lattice = hcp 的卡

输出： fcc 和 hcp 两种晶型的 Ni 超胞结构，带 Proto(fcc,a=...,rep=...) / Proto(hcp,a=...,rep=...) 标签

怎么验证训练集质量改善：

重训后计算 fcc/hcp 能量差，应接近 DFT 参考
检查输出结构原子数和对称性：fcc 应为立方对称，hcp 六角对称
如果输出原子数远小于 max_atoms，说明 auto_supercell 找不到合适的扩胞因子——关掉 auto_supercell，手动设 Rep

什么时候加这张卡、什么时候不加

加：

训练集缺少某种标准晶型的干净构型
需要对比不同晶型的能量（相稳定性）
作为后续缺陷/表面/磁性流程的结构工厂起点

不加：

已经有充足的真实结构（实验或 DFT 弛豫的），不需要人造原型
体系是复杂多相材料，简单晶格原型不能代表实际相

参数说明

Lattice（lattice）

str，默认 'fcc'。晶格原型类型，支持 fcc、bcc、hcp、sc、diamond、zincblende、rocksalt、cesiumchloride、fluorite、wurtzite。主晶型（fcc/bcc/hcp）对应常见金属，化合物晶型（rocksalt/wurtzite/fluorite）对应二元化合物。

Element（element）

str，默认 'Cu'。元素符号，如 Cu、Ni、Si。对于化合物原型（如 rocksalt），这里只用第一个元素——后续需要用 Composition Sweep + Random Occupancy 来实现多元素分布。

A Range（a_range）

tuple[float, float, float]，默认 (3.6, 3.6, 0.1)。晶格常数 a 的扫描范围，格式 [最小值, 最大值, 步长]，单位 A。单点扫描如 [3.52, 3.52, 0.1] 产 1 个结构；区间扫描如 [3.50, 3.60, 0.02] 产 6 个。步长越小结构越多，记得用 max_outputs 控制总量。

C/A（covera）

float，默认 1.633。仅 hcp 晶型使用，c/a 轴比，理想值约 1.633。

Auto Supercell（auto_supercell）

bool，默认 true。勾选后程序自动计算扩胞因子以逼近 Max Atoms；不勾选则手动通过 Rep 指定扩胞倍数。

Max Atoms（max_atoms）

int，默认 512。目标最大原子数，仅 auto_supercell 开启时生效。常规范围 256~512。

Rep（rep）

tuple[int, int, int]，默认 (4, 4, 4)。三个方向的扩胞倍数 [na, nb, nc]，仅 auto_supercell 关闭时生效。

Max Outputs（max_outputs）

int，默认 200。这张卡输出结构总数的硬上限，防止 a_range 扫描 + 多晶型组合爆炸。

常见问题

输出只有 1 个结构。 a_range 的起点=终点且步长>0 时只产生单点。如果需要扫描，设定不同起点和终点。

原子数远小于 max_atoms。 auto_supercell 的扩胞因子是整数，可能因为单胞原子数多导致最近整数倍已超过 max_atoms。手动关掉 auto_supercell 改 rep。

hcp 结构不是六角的。 hcp 的 ASE bulk 构造需要正确的 covera。确认 covera 在 1.6 左右。

输出标签

Proto({晶格类型},a={晶格常数},rep={na}x{nb}x{nc})

可复现性

无随机性。同参数 → 严格一致输出。