用于搜索新材料的系统和方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2013年12月3日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请 No. 10-2013-0149495的优先权，通过引用，将其全部内容合并于此。
技术领域
[0003] 示例性实施例涉及用于搜索新材料的系统和方法，和/或涉及在其中基于构成材 料的晶体的离子的预测交换趋势数据（predicted exchange tendency data)来搜索新材 料的系统和方法。
【背景技术】
[0004] 为了开发新材料，一般通过使用材料的已知结构或组成数据并且验证所产生的新 材料候选组的产生新材料候选组的方法来搜索新材料。
[0005] 同时，通过利用另一种离子来替换构成现有材料的离子，可以产生用于新材料的 候选组。此时，为了利用另一种离子来替换构成现有材料的离子，将使用离子的交换趋势数 据。
[0006] 根据现有技术，仅仅使用已知的离子的交换趋势数据。因此，当没有足够的现有数 据是可用的，或当大部分的数据仅集中在特定离子上时，通常难以准确地寻找新材料。
【发明内容】
[0007] 示例性实施例涉及一种用于搜索新材料的系统和方法，在其中，可以预测未知 离子替换趋势，以确保新的材料候选组的多样性，并且准确地预测新材料的替换的概率 (probability)〇
[0008] 将在随后的说明书中部分地阐述其他的示例性实施例，并且其部分将随着说明书 的描述而变得显而易见，或者可以通过对示例性实施例的实践而获悉。
[0009] 根据示例性实施例，搜索新材料的方法包括：基于现有的晶体或分子结构数据来 获取包括离子的替换趋势数据的替换趋势矩阵X ;通过将对称矩阵因式分解模型应用到替 换趋势矩阵X来计算离子性质矩阵U ;基于计算的离子性质矩阵U来获取替换趋势预测数 据；以及基于替换趋势预测数据来计算在新晶体或分子结构中的替换的概率。
[0010] 根据示例性实施例，用于替换趋势矩阵X的对称矩阵因式分解模型可以是 X~UUT，并且离子性质矩阵U的计算可以包括计算用于最小化的离子性质矩阵U。
[0011] 根据示例性实施例，离子性质矩阵U的计算可以进一步包括分配权重给X~υυτ， 以排除指示在计算的过程期间不能从替换趋势矩阵X的元素中获知替换趋势的数据。
[0012] 根据示例性实施例，所述方法可以进一步包括：获取包括先有信息数据的先有信 息矩阵Υ，并且离子性质矩阵U的计算可以包括基于替换趋势矩阵X和先有信息矩阵Y来计 算离子性质矩阵U。
[0013] 根据示例性实施例，离子性质矩阵U的计算可包括：通过将矩阵共同因式分解模 型应用到替换趋势矩阵X和先有信息矩阵Y中来计算离子性质矩阵U，这会导致离子性质矩 阵U被共有地包含在替换趋势矩阵X和先有信息矩阵Y中。
[0014] 根据示例性实施例，离子性质矩阵U的计算可以包括在离子性质矩阵U的元素值 不是负数的约束条件下来计算离子性质矩阵U。
[0015] 根据示例性实施例，先有信息数据可以包括离子的氧化数数据（oxidation number data)和离子的半径数据中的至少一个。
[0016] 根据示例性实施例，先有信息矩阵Y的获取可以包括基于先有信息数据的分布来 确定先有信息矩阵Y的元素值。
[0017] 根据示例性实施例，所述方法可以进一步包括以新晶体结构的替换的概率的降序 来生成新的晶体或分子结构。
[0018] 根据另一个示例性实施例，用于搜索新材料的系统包括：替换趋势提取器，其基于 现有的晶体结构数据来计算包括替换趋势数据的替换趋势矩阵X ;替换趋势预测器，其通 过将对称矩阵因式分解模型应用到替换趋势矩阵X来计算离子性质矩阵U，并且基于离子 性质矩阵U来获取替换趋势预测数据；以及替换概率模型构建器，其基于替换趋势预测数 据来计算替换的概率。
[0019] 根据示例性实施例，用于替换趋势矩阵X的对称矩阵因式分解模型可以是 X~UUT，并且替换趋势提取器可以计算用于最小化X-UUt的离子性质矩阵U。
[0020] 根据示例性实施例，替换趋势提取器可以分配权重给X_UUT，以排除指示在计算的 过程期间不能从替换趋势矩阵X的元素中获知替换趋势的数据。
[0021] 根据示例性实施例，所述系统还可以包括：先有信息模型构建器，其计算包括先有 信息数据的先有信息矩阵Y ;以及替换趋势提取器，其可以基于替换趋势矩阵X和先有信息 矩阵Y来计算离子性质矩阵U。
[0022] 根据示例性实施例，替换趋势提取器可以通过将矩阵共同因式分解模型应用到替 换趋势矩阵X和先有信息矩阵Y中来计算离子性质矩阵U，这会导致离子性质矩阵U被共有 地包含在替换趋势矩阵X和先有信息矩阵Y中。
[0023] 根据示例性实施例，替换趋势提取器可以在离子性质矩阵U的元素值不是负数的 约束条件下来计算离子性质矩阵U。
[0024] 根据示例性实施例，先有信息模型构建器可以基于先有信息数据的分布来确定先 有信息矩阵Y的元素值。
[0025] 根据示例性实施例，所述系统还可以包括新晶体或分子结构预测器，其以新晶体 结构的替换的概率的降序来生成新晶体结构。
[0026] 根据另一个示例性实施例，用于使计算机执行搜索新材料的方法的程序被记录在 计算机可读记录介质中。所述方法包括：基于现有晶体结构数据来获取包括替换趋势数据 的替换趋势矩阵X ;通过将对称矩阵因式分解模型应用到替换趋势矩阵X来计算离子性质 矩阵U ;基于计算的离子性质矩阵U来获取替换趋势预测数据；以及基于替换趋势预测数据 来计算在新晶体结构的替换的概率。
[0027] 根据至少一个示例性实施例，一种用于搜索新材料的方法包括：基于现有的晶体 结构数据来确定多个离子的替换趋势；基于所确定的替换趋势来确定替换预测；以及基于 所确定的替换预测数据来计算合成一个或者多个新的晶体结构中的每一个的概率。根据至 少一个示例性实施例，离子性质的计算包括：计算在多个离子中的一个或者多个与新晶体 结构的一个或者多个之间的相互作用（interaction)，并且计算相互作用包括将对称因式 分解模型应用到所确定的替换趋势。
【附图说明】
[0028] 结合附图，从以下的描述中这些和/或其他示例性实施例将变得显而易见并且更 名1易理解，在附图中：
[0029] 图1是示出根据示例性实施例的用于搜索新材料的系统的结构的框图；
[0030] 图2的（a)、（b)和图3是示出根据示例性实施例的离子交换趋势的视图；
[0031] 图4是根据示例性实施例的用于搜索新材料的方法的流程图；
[0032] 图5是根据另一示例性实施例的用于搜索新材料的方法的流程图；
[0033] 图6是示出根据示例性实施例的用于确定离子性质的数量的方法的视图；
[0034] 图7是示出根据示例性实施例的先有信息的分布的视图；以及
[0035] 图8的（a)、（b)和（c)示出了根据示例性实施例的用于某些元素的先有信息模 型。
【具体实施方式】
[0036] 现在将详细地参考在附图中示出的示例性实施例，其中，在整个附图中，相同参考 标号指代相同的元素。在这点上，示例性实施例可具有不同的形式，并且不应被解释为受限 于在此阐述的描述。因此，通过参考附图，仅仅在以下对示例性实施例进行描述。当在元素 列表之后时，诸如"中的至少一个"的表达修饰元素的整个列表，并且用于修饰列表中的单 个元素。
[0037] 应该理解的是，当一个元件被称为在另一个元件"上"、"连接"或"耦合"到另一元 件时，其可以直接在另一元件上、直接连接到或耦合到另一元件，或者可以存在中间元件。 相反，当一个元件被称作"直接在另一元件上"、"直接连接到"或"直接耦合到"另一元件时， 则不存在中间元件。如本文所用的，术语"和/或"包括相关所列的项目中的一个或多个的 任意和所有组合。此外，将会理解的是，当一个层被称为在另一层"之下"时，其可以直接在 另一层之下，或者可以存在一个或多个中间层。另外，还将会理解的是，当层被称为在两个 层"之间"时，其可以是两个层之间的唯一的层，或者也可以存在一个或多个中间层。
[0038] 应该理解的是，虽然术语"第一"，"第二"等可在本文中用来描述各种元件、组件、 区域、层和/或部分，但是这些元件、组件、区域、层和/或部分不应该受这些术语的限制。这 些术语仅用于将一个元件、组件、区域、层或部分与另一个元件、组件、区域、层或部分进行 区分。因此，下面讨论的第一元件、组件、区域、层或部分可以被称为第二元件、组件、区域、 层或部分，而不脱离示例性实施例的教导。
[0039] 在附图中，为了说明清楚，层和区域的尺寸可以被夸大。在整个附图中，相似的附 图标号指代相似的元素。在整个说明书中，相同的参考标号表示相同的组件。
[0040] 为了便于描述，在本文中可以使用诸如"在...之下"、"以下"、"下方"、"之上"、"上 方"等的空间相对术语，以描述一个元件或特征与其他元件或特征的关系，如图中所示。但 可以理解的是，空间相对术语意在包含除了在附图中描述的方位之外的，在使用或操作中 的设备的不同方位。例如，如果在附图中的设备被翻转，则被描述为在其他元件或者特征 "下方"或"之下"的元件或特征将被定向为在其它元件或特征"上方"。因此，示例性的术语 "下方"可以包括上方和下方两种方位。设备可被另外定向（旋转90度或者以其它方位定 向），并且在此使用的空间相对描述符被相应地解释。
[0041] 本文所使用的术语仅用于描述具体实施例的目的，而不意图限制示例性实施例。 如本文所用，除非上下文清楚地另外指明，否则单数形式"一"、"一个"、和"该"意在也包括 复数形式。将进一步理解的是，当在本说明书中使用时，术语"包括"指定所陈述的特征、 整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但也不排除存在或附加一个或多个其它特征、整 数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
[0042] 在此将参考作为示例性实施例的理想实施例的示意性图示（以及中间结构）的截 面图图示来描述本发明的示例性实施例。因此，可以预期由于例如，制造技