香山科學會議：中國“材料基因”亟待算法創新

　　在美國最新發布的“先進制造業伙伴關系”計劃中，“材料基因”概念的身影有所顯現，而美國的“材料基因組計劃”（MGI）也受到了中國學者的廣泛關注。

　　在近日舉行的第S14次香山科學會議上，學者們提出，要發展中國的材料基因組工程，當務之急是解決算法和程序包的原創問題。　

　　預測先進材料靠計算　

　　材料領域當前的發展，要經歷新材料發現、開發、性能優化、產品設計整合、測試認證、生產銷售和回收利用等步驟，平均時間跨度長達18年。對此，中國工程院院士陳立泉評價：“這是‘直線型’的發展模式。”

　　MGI設想，根據量子力學基本原理，從原子尺度出發，直接面向最終的應用需求。在陳立泉看來，從速度上而言，MGI能加速材料走向市場的步伐。同時，它能包含幾乎所有可能的化合物及其物理性質。　

　　而從新型材料的搜索、設計到相圖構建和性質優化的過程，需要計算機技術寸步不離的陪伴。　

　　其實，繁雜的預測工作以簡單的“能量最小原理”為科學依據，試圖在錯綜復雜的勢能面上找到全局能量的最小點。　

　　“看上去似乎我們只要遍歷所有可能的結構，便能夠完成工作。”吉林大學原子與分子物理研究所教授馬琰銘解釋，“但實際上，這是一項龐大的工程。”假如預測包含僅僅20個原子的材料，所有可能結構則高達10的25次方個。　　

　　因此，找到先進的計算方法能提高預測工作的效率。在前人工作基礎上，馬琰銘提出了卡里普索晶體結構預測理論技術，并開發了擁有自主知識產權的晶體結構預測程序。　

　　“利用該方法，確定材料的晶體結構只需要輸入材料的化學組分和外界條件。”他介紹。　　

　　“游擊小組”難解當務之急　　

　　過去20年里，盡管美國材料科學家已通過不斷改進計算方法，獲得預測模型上的不小成功。但一直以來，卻并沒有合適的平臺向制造業分享這些研究成果。　

　　MGI正是在這樣的背景下提出的，其旨在鼓勵包括材料科學家和制造商在內的整個材料科學界共享數據和計算工具。　

　　在中國，MGI的開展首先面臨的是算法創新不足的問題。2009年世界技術評估中心的一份報告指出，算法創新使得美國和歐洲走在了材料仿真領域的前列，日本也取得了一定的進展，中國到目前為止開展的工作較少。　

　　中科院物理所研究員方忠認為：“我國在材料領域的算法和程序開發長期處在個別小組單干的‘游擊’狀態，沒有長期穩定的研究隊伍，也幾乎沒有自主知識產權的通用程序包。”　　

　　材料領域算法和程序研究是一項應用研究，需要人才精通物理、計算機和數學，但現有以發表論文為標準的科研評價體系，無法滿足這類研究人員的生存需要。　

　　因此，方忠建議，通過中國“材料基因組計劃”，為科研人員提供相對長期穩定的工作平臺。“在此基礎上，我們才能從材料領域中的實際問題出發，從頭開發擁有自主知識產權的程序包。”他說。