新型W-N相的晶體結(jié)構(gòu)和理論電子結(jié)構(gòu)。圖片來(lái)源：Science China Press

    雖然機(jī)機(jī)器學(xué)習(xí)算法在很多領(lǐng)域取得了令人矚目的進(jìn)步，但其在晶體結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)和材料設(shè)計(jì)方面的應(yīng)用還有待開(kāi)發(fā)。最近，南京大學(xué)物理系的孫健教授的研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了一種利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行為晶體結(jié)構(gòu)搜索的方法。通過(guò)使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法來(lái)描述勢(shì)能面，并用它來(lái)篩選晶體結(jié)構(gòu)，提高晶體結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)的搜索效率。

    過(guò)渡金屬和輕元素的雜化化合物，特別是過(guò)渡金屬氮化物，由于其高不可壓縮性和體積模量而被廣泛研究。但是，尚未發(fā)現(xiàn)超硬鎢氮化物（維氏硬度超過(guò)40GPa）。由鎢原子的d價(jià)電子貢獻(xiàn)的能帶很容易穿過(guò)費(fèi)米能級(jí)，和鎢自身的金屬性（化學(xué)反應(yīng)中金屬元素失去電子的能力）導(dǎo)致其硬度大大降低。因此，設(shè)計(jì)非金屬氮化鎢晶體結(jié)構(gòu)將是制造出有超硬等突出的力學(xué)性能的材料的一種有效途徑。

    在此前的研究基礎(chǔ)上，南京大學(xué)物理系孫健教授和王惠田教授領(lǐng)導(dǎo)合作，總結(jié)了過(guò)渡金屬和輕元素超硬混合物的三個(gè)特點(diǎn)：高壓穩(wěn)定和環(huán)境 - 壓力亞穩(wěn)晶體結(jié)構(gòu)，非金屬電子結(jié)構(gòu)，以及大比例的輕元素。這些特性激發(fā)他們?cè)O(shè)計(jì)富含氮的鎢氮化物，其中含有特殊的氮基基本配置，如環(huán)，鏈，網(wǎng)絡(luò)和框架等。基于這些設(shè)計(jì)規(guī)則和新開(kāi)發(fā)的機(jī)器學(xué)習(xí)晶體結(jié)構(gòu)搜索方法，他們有成功預(yù)測(cè)出非金屬富氮氮化鎢h-WN6。它具有由氮六元環(huán)和鎢原子形成的夾心狀結(jié)構(gòu)。

    來(lái)自中國(guó)的一個(gè)合作研究團(tuán)隊(duì)將機(jī)器學(xué)習(xí)算法應(yīng)用于晶體結(jié)構(gòu)搜索方法，并利用他們的新方法預(yù)測(cè)了超硬氮化鎢。他們的計(jì)算表明，這種化合物是目前已知的最硬的過(guò)渡金屬氮化物，它還具有其他特殊性能，如高熔點(diǎn)溫度和高能量密度。圖片來(lái)源：Science China Press

    研究人員開(kāi)發(fā)了一種機(jī)器學(xué)習(xí)加速晶體結(jié)構(gòu)搜索方法，總結(jié)了超硬過(guò)渡金屬輕元素化合物的設(shè)計(jì)規(guī)律，并預(yù)測(cè)了一種具有良好熱穩(wěn)定性的超硬和高能量密度氮化鎢。該研究將激發(fā)這種具有潛在應(yīng)用價(jià)值的過(guò)渡金屬材料的理論設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)合成。這也將豐富超硬材料系列，并可用作理解硬度來(lái)源的參考。

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責(zé)任編輯：殷鵬飛

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