秋去冬來，北風(fēng)凜冽，科研人宅在實(shí)驗(yàn)室搗鼓實(shí)驗(yàn)；

寒來暑往，四季更替，計(jì)算人貓?jiān)陔娔X前撥弄數(shù)據(jù)！

1. npj Computational Materials：通過機(jī)器學(xué)習(xí)分析LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2單晶正極材料的降解機(jī)理

LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2?(NCM523)，因其高能量密度和高性價(jià)比而成為當(dāng)前鋰離子電池最受歡迎的正極材料之一。然而，NCM的快速能力衰落，嚴(yán)重阻礙了其發(fā)展和應(yīng)用。在此，為了解決這一挑戰(zhàn)，來自華中科技大學(xué)的Yuan-Cheng Cao等研究者利用掃描透射電子顯微鏡(STEM)對(duì)NCM523單晶材料在不同降解狀態(tài)下進(jìn)行了表征。在此基礎(chǔ)上，研究者建立了一種具有兩序列注意塊的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，來識(shí)別STEM圖像中的晶體結(jié)構(gòu)和定位缺陷。NCM523的點(diǎn)缺陷數(shù)，在降解過程中呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)。過渡金屬柱之間的空間明顯縮小，導(dǎo)致戲劇性的容量衰減。這一分析揭示了與層狀材料降解相關(guān)的缺陷演化和化學(xué)轉(zhuǎn)化。這也為研究人員再生電化學(xué)容量和設(shè)計(jì)更好的壽命更長(zhǎng)的電池材料，提供了有趣的提示。

參考文獻(xiàn)：

Sha, W., Guo, Y., Cheng, D. et al. Degradation mechanism analysis of LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 single crystal cathode materials through machine learning.?npj Comput Mater?8, 223 (2022). https://doi.org/10.1038/s41524-022-00905-5

原文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41524-022-00905-5

2.npj Computational Materials：一個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)支持混合優(yōu)化框架的高效粗?；Ｐ途酆衔?/strong>

在此，來自澳大利亞墨爾本大學(xué)的Elnaz Hajizadeh等研究者提供了一個(gè)框架，以管理聚醚材料的高效、準(zhǔn)確和可轉(zhuǎn)移的粗粒度(CG)模型的發(fā)展。該框架通過集成機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)和優(yōu)化算法，將自底向上和自頂向下的粗粒度模型參數(shù)方法結(jié)合起來。在自底向上的方法中，使用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(DNN)優(yōu)化CG模型的鍵相互作用，其中原子鍵分布是匹配的。在自頂向下方法中，非鍵合參數(shù)的優(yōu)化是通過重現(xiàn)與溫度相關(guān)的實(shí)驗(yàn)密度來完成的。研究者證明了，所開發(fā)的框架解決了與經(jīng)典粗?；椒ㄏ嚓P(guān)的熱力學(xué)一致性和可轉(zhuǎn)移性問題。CG模型的效率和可轉(zhuǎn)移性通過精確預(yù)測(cè)鏈統(tǒng)計(jì)量、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、擴(kuò)散和應(yīng)力松弛的限制行為(在參數(shù)化過程中不包括這些)得到了證明。在分子理論和可用的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的背景下，評(píng)估了預(yù)測(cè)性質(zhì)的準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)：

Shireen, Z., Weeratunge, H., Menzel, A. et al. A machine learning enabled hybrid optimization framework for efficient coarse-graining of a model polymer.?npj Comput Mater?8, 224 (2022). https://doi.org/10.1038/s41524-022-00914-4

原文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41524-022-00914-4

3.npj Computational Materials：利用深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)機(jī)械韌性氧化石墨烯材料

氧化石墨烯(GO)，在許多技術(shù)中扮演著越來越重要的角色。然而，如何戰(zhàn)略性地分配職能組，以進(jìn)一步提高績(jī)效，仍然沒有答案。在此，來自美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的Grace X. Gu等研究者，利用深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)(RL)設(shè)計(jì)機(jī)械韌性GOs。該設(shè)計(jì)任務(wù)被描述為一個(gè)有序決策過程，并采用策略梯度RL模型，使氧化石墨烯的韌性最大化。結(jié)果表明，該方法能夠穩(wěn)定生成比隨機(jī)GOs均值高兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差以上的韌性值的官能團(tuán)分布。此外，該RL方法僅在5000個(gè)鋪開中實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化的官能團(tuán)分布，而最簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)任務(wù)有2×1011種可能性。最后，研究者證明了該方法在官能團(tuán)密度和GO大小方面是可伸縮的。本研究展示了官能團(tuán)分布對(duì)氧化石墨烯性質(zhì)的影響，并說明了深度RL方法的有效性和數(shù)據(jù)效率。

參考文獻(xiàn)：

Zheng, B., Zheng, Z. & Gu, G.X. Designing mechanically tough graphene oxide materials using deep reinforcement learning.?npj Comput Mater?8, 225 (2022). https://doi.org/10.1038/s41524-022-00919-z

原文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41524-022-00919-z

4.npj Computational Materials：逆-Jahn-Teller效應(yīng)誘導(dǎo)BaBiO3鈣鈦礦超快絕緣體向金屬轉(zhuǎn)變

Jahn-Teller (JT)效應(yīng)，是指具有簡(jiǎn)并電子態(tài)的離子M扭曲共享角的MO6八面體以提高簡(jiǎn)并度，誘導(dǎo)電子向晶格的強(qiáng)耦合，并調(diào)節(jié)鈣鈦礦氧化物中的奇異性質(zhì)。相反，逆-Jahn-Teller (AJT)效應(yīng)指的是針對(duì)Jahn-Teller扭曲的MO6八面體的變形。然而，從晶體結(jié)構(gòu)的微調(diào)出發(fā)，很難在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)這兩種效應(yīng)。在此，來自北京郵電大學(xué)的Ke Bi?& 華中科技大學(xué)的Kan-Hao Xue?& 中國(guó)工程物理院的Ben Xu等研究者提出，在接近室溫的超導(dǎo)鈣鈦礦材料BaBiO3中，可以在11.71太赫茲的太赫茲激光照射下引入AJT。照明通過二次-線性非線性相互作用，相干驅(qū)動(dòng)紅外主動(dòng)聲子激發(fā)拉曼呼吸模式。該過程的特征是出現(xiàn)AJT效應(yīng)，伴隨著在皮秒時(shí)間尺度上發(fā)生的絕緣體到金屬的轉(zhuǎn)變。本研究強(qiáng)調(diào)了相干聲子激發(fā)晶體結(jié)構(gòu)工程，在光電子器件設(shè)計(jì)中的重要作用。

參考文獻(xiàn)：

Feng, N., Han, J., Lin, C. et al. Anti-Jahn-Teller effect induced ultrafast insulator to metal transition in perovskite BaBiO3.?npj Comput Mater?8, 226 (2022). https://doi.org/10.1038/s41524-022-00901-9

原文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41524-022-00901-9

5.Nano Letters：二維蜂窩鐵磁體中具有巨谷極化的二階拓?fù)浣^緣子

磁拓?fù)鋺B(tài)，為探索拓?fù)渥孕娮訉W(xué)的重要物理現(xiàn)象和應(yīng)用，提供了令人振奮的平臺(tái)。在此，來自山東大學(xué)的Ying Dai & Chengwang Niu等研究者，通過緊束縛模型和第一性原理計(jì)算，與之前報(bào)道的磁性二階拓?fù)浣^緣體(SOTIs)相比，無論磁化方向如何，穩(wěn)健的SOTIs都可以在二維鐵磁體中出現(xiàn)。值得注意的是，研究者確定了本征鐵磁性2H-RuCl2和Janus VSSe單分子層，作為預(yù)測(cè)的穩(wěn)健SOTIs的實(shí)驗(yàn)可行候選材料，沿不同磁化方向出現(xiàn)了非平凡角態(tài)。此外，研究者意外地指出，在面外磁化作用下，SOTIs的谷極化可以非常巨大，而且比已知鐵谷材料的谷極化要大得多，為谷電子學(xué)和高階拓?fù)涞倪B接開辟了技術(shù)途徑，為拓?fù)渥孕娮訉W(xué)和谷電子學(xué)的創(chuàng)新應(yīng)用提供了很大的可能性。

參考文獻(xiàn)：

Runhan Li, Ning Mao, Xinming Wu, Baibiao Huang, Ying Dai, and Chengwang Niu. Robust Second-Order TopologicalInsulators with Giant Valley Polarization in Two-Dimensional Honeycomb Ferromagnets.?Nano Letters?Article ASAPDOI: 10.1021/acs.nanolett.2c03680

原文鏈接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c03680