Prediction of new thermodynamically stable aluminum oxides
最近，研究表明，在压力下，意想不到的和违反直觉的化合物变得稳定。激光冲击实验（A. Rode，未发表）已经显示氧化铝的非平衡分解，形成游离Al和神秘的透明相。受这些观察的启发，他们探索了在Al-O系统中形成新化合物的可能性。利用变组分结构预测算法USPEX，除了已知的Al_2O_3外，我们还发现了两种特殊的化合物Al_4O_7和AlO_2，它们分别在330-443 GPa和332 GPa以上的压力范围内是热力学稳定的。这两种化合物同时含有氧化物O2-和过氧化物O22-离子，并且都是绝缘的。过氧基团负责间隙状态，这显着降低了Al 4 O 7和AlO 2的电子带隙。
2015-02-25 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
High pressures make Hg a transition metal in a thermodynamically stable solid
将汞列入过渡金属是否合适，已经争论了很长时间。虽然之前报道了在气相中合成HgF $_{4}$分子，但是该分子表现出很强的不稳定性和解离性。因此，汞的过渡金属倾向仍然是一个悬而未决的问题。在这里，我们提出，高压提供了一个可控的方法，制备不寻常的氧化态的物质。利用基于第一性原理电子结构计算的结构搜索方法，我们预测在高压下，Hg可以将其最外层$d$壳层的电子转移到F原子上，从而起到过渡金属的作用. Hg氧化到+4态产生了化学稳定的分子晶体，由HgF $_{4}$平面分子组成，这是$d^{8}$金属中心的典型几何形状。
2012-06-13 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Search for thermodynamically stable ambient-pressure superconducting hydrides in GNoME database
Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik（马克斯·普朗克微结构物理研究所）；Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg（马丁·路德·哈勒-维滕贝格大学）；University of Coimbra（科英布拉大学）；Periodic Labs（周期实验室）；University of the Basque Country (UPV/EHU)（巴斯克大学）；Centro de Física de Materiales (CFM-MPC), CSIC-UPV/EHU（材料物理中心，西班牙国家研究委员会-巴斯克大学）；Donostia International Physics Center (DIPC)（圣塞巴斯蒂安国际物理中心）
研究通过分析GNoME数据库，利用机器学习和ab initio方法评估常压下热力学稳定的氢化物超导性能，发现25种立方氢化物的超导临界温度最高达17 K。
2026-03-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con quant-ph
New diversity form of ice polymorphism: Discovery of second hydrogen ordered phase of ice VI
到目前为止，已经报道了20多种冰的结晶和非晶相。冰的这种非凡的多态性源于氢键和氢有序的几何灵活性，并使冰以其普遍性在材料和地球与行星科学的广泛领域中成为独特的存在。一个突出的未解决的问题是冰的氢无序相是否转变为只有一个氢有序相，从目前的冰相图推断，尽管其可能的氢构型具有接近的能量。最近对高压氢无序相冰VI的实验揭示了除了已知的有序相冰XV之外，还有一种未知的氢有序形式（$β$ -XV），这将是这个问题的一个反例。然而，由于缺乏实验证据，尚未阐明$β$ -XV是否是独特的结晶相。在这里，我们报告的第二个氢有序相冰VI，冰XIX，毫不含糊地证明了中子衍射测量。冰VI和冰XIX之间的相边界表明，冰VI收缩后的氢有序，这在较高的压力区域比冰XV，因为它的体积比冰XV的热稳定冰XIX。氢有序相之间的压力驱动相竞争，理论上也在其他冰多晶型物中提出，可以以不同的方式诱导冰的氢有序化。因此，这项研究证明了迄今未发现的冰的多态性。
2020-06-19 cond-mat.mtrl-sci
Efficient ab initio schemes for finding thermodynamically stable and metastable atomic structures: Benchmark of cascade genetic algorithms
介绍并基准测试了一种基于第一性原理的方法，用于高效、准确地找到热力学稳定和亚稳态原子结构。该方法被证明为气相金属氧化物团簇在热力学平衡与反应（氧）气氛在有限的压力和温度。它包括两个步骤。首先，通过全局优化技术扫描势能面，即，一个双并行的第一原理级联遗传算法的所有参数的选择验证对更高层次的方法。特别是，我们验证a）用于组装新的候选结构的结构的选择和组合的标准，和b）的交换相关功能的选择。的选择标准进行了验证，对一个完全无偏的方法：复制交换分子动力学。通过与密度泛函理论中目前可达到的最高水平的比较，证明了我们选择的交换相关泛函，即范德华校正的PBE 0混合泛函，即，重整化二阶微扰理论，rPT 2。在第二步中，通过从头算原子热力学分析低能结构，以确定在给定的反应气氛的温度和压力下使吉布斯自由能最小化的组合物和结构。
2014-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Designing a thermodynamically stable and intrinsically ductile refractory alloy
发展韧性耐火体心立方合金仍然是一个挑战。合金的固有延展性（D）是表面能（$γ_s$）与不稳定堆垛层错能（$γ_{usfe}$）的比率。降低价电子浓度已被证明可以改善耐火合金的固有延展性。然而，Re已被广泛用于延展W，与文献中建议的低价标准相反。本文用密度泛函理论计算了体心立方晶体结构中IV、V、VI族元素及其25种等原子二元合金的生成焓、$γ_{usfe}$和$γ_s$。我们发现，正焓导致$γ_{usfe}$的相当大的减少相比，组成的平均值，从而提高了固有的延展性。焓在等原子浓度下最大，表明合金组分之间存在高度排斥作用，反之亦然。我们发现，合金成分之间的排斥相互作用导致减少$γ_{usfe}$，使合金本质上的韧性。
2022-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Decomposition and terapascal phases of water ice
计算搜索的稳定和亚稳结构的水冰和其他H：O组合物在TPa的压力，使我们预测，H $_2$ O分解成H $_2$ O $_2$和富氢相在压力略高于5 TPa。富氢相在很宽的氢含量范围内是稳定的，当H $_2$ O与氢接触时，它可能在气体巨星核心的冰成分的侵蚀中发挥作用。金属化的H $_2$ O的预测在一个较高的压力略高于6 TPa，因此H $_2$ O不具有化学稳定的低温金属形式。我们还发现了一种新的、丰富的复杂的水冰相矿物学，它在0.8- 2 TPa压力范围内比以前预测的任何一种都要稳定。
2013-06-24 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of fully metallic σ-bonded boron framework induced high superconductivity above 100 K in thermodynamically stable Sr2B5 at 40 GPa
本研究通过第一性原理结构搜索，发现在40 GPa下热力学稳定的F43m Sr2B5因全金属σ键合硼框架与E声子模式强耦合，具有约100 K的高温超导性，为设计新型高超导硼化物提供了典型结构。
2023-10-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
First principles and scanning tunneling spectroscopical evidences for thermodynamically stable "on-top" sulfur divacancy in monolayer WS$_{2}$
本文通过第一性原理计算与扫描隧道谱，证明单层WS₂中两个硫空位上下叠置的双空位构型是唯一热力学稳定的复合体，结合能为160 meV，并观察到140 meV的未占据态移动作为谱学证据。
2025-09-23 cond-mat.mtrl-sci
Experimental evidence for a second hydrogen ordered phase of ice VI
在过去的十年中，实验制备了五种新的冰相。其中两个是空的笼形水合物，其中三个代表先前已知的无序冰相的氢有序对应物。在这里，我们报告氢在冰VI样品冷却后的压力高达1.8 GPa。利用量热法、介电弛豫光谱、拉曼光谱和粉末X射线衍射，我们提供了与冰VI相关的第二个氢有序相的存在的证据，我们称之为冰β-XV。该相比冰XV有序14%，并且在103 K以上直接转化为冰XV，在129 K以上直接转化为冰VI。也就是说，在加热时经历有序->有序->无序转变。因此，新相在热力学上比冰XV更稳定，需要在水的相图中有新的稳定区域。拉曼光谱表明冰XV和冰β-XV在对称性和空间群方面是不同的。在冰β-XV中介电弛豫的活化能为45 kJ mol-1，而在冰XV中为18 kJ mol-1。粉末X射线数据显示氧网络是冰VI的氧网络。氢原子的有序化导致冰β-XV在d=0.265 nm处的峰向较低的d-间距移动，而冰XV则向较高的d-间距移动。
2017-08-22 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Spontaneous formation of thermodynamically stable Al--Cu--Fe icosahedral quasicrystal from realistic atomistic simulations
在Al-Cu-Fe合金的模拟中，二十面体准晶从熔体中自发形成.基于密度泛函理论（DFT）衍生的能量和力的数据库，我们使用调谐到特定合金系统的振荡对势来模拟原子间的相互作用。精细的原子间分离与重叠的二十面体图案的几何形状对齐，以在长度尺度的层次结构上创建面心二十面体顺序。分子动力学模拟，辅以蒙特卡罗步骤交换化学物种，有效地采样的配置空间，我们的模型，达到9846个原子。交换独立轨迹的温度（副本交换）使我们能够在低温下实现热平衡。通过优化结构和组成，我们创建的结构，其DFT能量达到$\sim$ 2 meV/原子的竞争晶相的能量。通过添加由于谐波和非谐波振动，化学取代无序，相位子和电子激发的贡献获得的自由能，表明准晶在600 K以上的温度下变得稳定，对抗竞争相。平均结构可以简洁地描述为六维空间中的原子表面的切割，其揭示了优选化学占据的特定模式。混合化学占领的原子表面区域展示了相子波动的扩散，这可以在真实空间中通过大规模二十面体图案的形成、溶解和重组来观察--由于平均无序和随之而来的关于占据相关性的信息丢失，这幅图被隐藏在衍射细化中。
2019-08-09 cond-mat.mtrl-sci
Thermodynamically stable skyrmion lattice in tetragonal frustrated antiferromagnet with dipolar interaction
受最近关于GdRu $_2$ Si $_2$的实验结果的启发[Khanh，N.D.，Nakajima，T.，Yu，X.例如，\emph{Nat. Nanotechnol.} \textbf{15}，444-449（2020）]，其中观察到纳米正方形skyrmion晶格，我们提出了在外部磁场中具有偶极相互作用的中心对称四重阻挫反铁磁体的相图的高温部分的简单分析平均场描述。在倒易空间中，偶极力提供动量依赖的双轴各向异性。结果表明，在四元晶格中，对于$ab$平面上相互垂直的调制矢量，在布里渊区的大部分区域内，这种各向异性具有相互垂直的易磁化轴和共线的中间磁化轴，这导致双Q调制自旋结构的稳定化.后者原来是一个正方形的skyrmion晶格在其稳定区域的大部分与拓扑电荷$\pm 1$每个磁性单元格，这是由受抑的交换耦合，因此，纳米尺寸。当存在额外的单离子易轴各向异性时，易轴和中间轴可以互换，从而导致不同的相图。有人认为，后一种情况是相关的GdRu $_2$ Si $_2$。
2020-12-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Crystallization of pristine cubic ice from liquid at ambient pressure
University College London（伦敦大学学院）；ISIS Neutron and Muon Source, Science and Technology Facilities Council, Rutherford Appleton Laboratory（ISIS中子与μ子源，科学与技术设施委员会，拉瑟福德阿普尔顿实验室）；Uppsala Universitet（乌普萨拉大学）；University of Oxford（牛津大学）；The University of Manchester（曼彻斯特大学）
研究立方冰 Ic 能否从液态直接形成等问题，通过冷却介孔二氧化硅内水溶液在常压下获得原始立方冰 Ic，利用中子散射技术证明其可重复形成且为唯一稳定晶相，揭示该多晶型物在自然和合成过程中作用更重要。
2026-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Superionic to superionic phase change in water: consequences for the interiors of Uranus and Neptune
使用密度泛函分子动力学自由能计算，我们表明，体心立方相的超离子冰以前被认为是唯一的阶段，实际上是不稳定的相比，一个新的阶段与氧的位置在面心立方晶格网站。新相具有比bc相低的质子迁移率，并且可以表现出更高的熔融温度。我们预测在1 +/- 0.5 Mbar的压力下，这两个阶段之间会发生过渡，这对天王星和海王星等冰巨星的内部可能产生影响。
2013-02-14 astro-ph.EP cond-mat.mtrl-sci
Do thermodynamically stable rigid solids exist?
通常，结晶固体被定义为{ \em刚性}，因为它们抵抗由其边界确定的形状变化。然而，刚性固体不能存在于边界变得无关紧要的热力学极限中。固体中的颗粒可以重新排列以适应形状变化，消除应力而不破坏晶体秩序。因此，刚性仅在{ \em亚稳}状态下有效，因为这些响应于变形或应变的颗粒重排与缓慢的集体过程有关。在这里，我们表明，一个热力学集体变量可以用来量化粒子重排发生固体变形在零应变率。先进的蒙特卡罗模拟技术，然后获得平衡自由能作为这个变量的函数。我们的研究结果导致了一个新的观点刚性：虽然在零应变刚性晶体共存的一个响应无穷小的应变，通过重新排列粒子和驱逐应力，在有限的应变刚性晶体是亚稳态的，与自由能垒，随着应变的增加而减少。通过打开外部场，刚性相变得稳定，这惩罚了粒子重排。这在与原点相交的场-应变平面中产生一阶相变线。一旦应变超过其弹性限度，固体的失效与以有限应变率变形的亚稳刚性晶体的动力学衰减过程有关。这些过程可以用我们计算的相图作为参考来定量地详细理解。
2018-03-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Thermodynamically stable lithium silicides and germanides from density-functional theory calculations
用密度泛函理论（DFT）对Li-Si和Li-Ge体系进行了计算。锂化硅和锗，包括它们的亚稳相，作为锂离子电池（LIB）阳极发挥着重要的技术作用。计算包括对通过将原子种类从国际晶体结构数据库中的X-Y结构交换为Li-Si和Li-Ge而获得的晶体结构的结构优化，其中X={Li，Na，K，Rb，Cs}并且Y={Si，Ge，Sn，Pb}。为了在各种Li-Si和Li-Ge化学计量下对此进行补充，还进行了从头算随机结构搜索（AIRSS）。在基态化学计量之间，包括最近发现的Li $_{17}$ Si $_{4}$相，计算了平均电压，表明锗可能是LIB中硅阳极的更安全的替代品，因为其具有更高的锂插入电压。计算预测高密度Li $_1$ Si $_1$和Li $_1$ Ge $_1$ $P4/mmm$层状相，其分别在2.5和5 GPa以上变为基态，并揭示硅和锗在Li $_x$ Si，$x=2.33-3.25$化学计量范围内形成哑铃的倾向。DFT预测了Li $_{11}$ Ge $_6$ $Cmmm$、Li $_{12}$ Ge $_7$ $Pnma$和Li $_7$ Ge $_3$ $P32_12$相以及几种新的Li-Ge化合物的稳定性，化学计量为Li $_5$ Ge $_2$、Li $_{13}$ Ge $_5$、Li $_8$ Ge $_3$和Li $_{13}$ Ge $_4$。
2014-02-25 cond-mat.mtrl-sci
Hydrocarbons under pressure: phase diagrams and surprising new compounds in the C-H system
由于C-H体系在有机化学、生物化学、石油化学和行星化学中的重要作用，了解其高压行为具有重要意义。我们用演化结构预测和从头计算相结合的方法对C-H体系的压力-组成相图进行了系统的研究，发现只有饱和烃是热力学稳定的。预测了几种稳定的甲烷-氢共晶体：实验上得到的2CH_4·H_2空间群为I_4/m，在0 K时的稳定性范围为2-90 GPa，以及两种新的热力学稳定的化合物2CH_4·7·H_2（P-3 m_1空间群）和CH_4·9·H_2（Cm空间群）作为潜在的储能材料。预测甲烷的P21/c相在< 8 GPa的压力下是稳定的;本体石墨烷（CH）在P-3 m和Cmca相中分别显示出在7-18和18-50 GPa和0 K下是热力学稳定的;聚乙烯显示出具有窄的稳定范围。本文报道了C-H体系的p-T-x相图和CH_4的p-T相图。
2020-01-05 cond-mat.mtrl-sci
Discovery of a low-density filled-ice phase in nitrogen hydrate at high pressure
本研究结合中子衍射等技术绘制了高达16 GPa的氮水合物高压相图，发现了一种密度低于冰VII约30%的新型正交填充冰相NH-V，完善了对极端条件下氮水合物行为的理解。
2025-08-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Topological stability versus thermal agitation in a metastable magnetic skyrmion lattice
当热扰动足够低时，拓扑稳定的物质可以具有长的寿命，即使在成本上是昂贵的。磁性Skyrmion晶格（SkL）代表了一种独特形式的长程磁序，它在拓扑上是稳定的，因此可以形成长寿命的亚稳态SkL。然而，在大块晶体中对SkL的实验观察大多局限于有限且狭窄的温度区域，在该温度区域中SkL是热稳定的;因此，拓扑稳定性的益处仍然不清楚。在这里，我们报告了一个亚稳态的SkL通过淬火一个热稳定的SkL。MnSi的霍尔电阻率测量表明，虽然亚稳态SkL在高温下寿命短，但在低温下寿命延长（>> 1周）。热搅动和拓扑稳定性之间的微妙平衡的操纵使得能够通过利用电加热和随后的快速冷却来确定性地创建/湮灭亚稳态SkL，从而建立了一种控制SkL形成的简便方法。
2015-10-03 cond-mat.mtrl-sci
New ultrahigh pressure phases of H2O ice predicted using an adaptive genetic algorithm
我们提出了三个新的相H2O在常压下。我们的结构搜索使用自适应遗传算法，它允许广泛的探索晶体结构。在0 K时，冰X以外的新的压力诱导相变序列应为冰X → Pbcm → Pbca → Pmc_（21）→ P21/c相。在Pmc 21- P21转变过程中，氧的配位数随着密度的显著增加而从4增加到5。所有稳定的结晶相具有高达7 TPa的非金属能带结构。
2011-08-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Pressure Induced Thermodynamically Stable and Mechanically Robust Li-rich Unknown Li-Sn Compounds: A Step Towards Improvement of Li-Sn Batteries
锂化过程中锡负极的体积膨胀和弹性软化导致锡的机械降解和粉化，影响锂锡电池的整体性能。然而，它可以通过使用外来的高压淬火相作为预锂化试剂来克服。此外，它是已知的，在压力下，许多不寻常的化学计量，这是在环境压力下基本上是不可能的，可以合成，甚至可以生存的减压从高到环境pressure.因此，我们进行了全面的研究，使用进化算法和密度泛函理论为基础的模拟，以了解在1大气压至20 GPa的压力范围内的Sn阳极的锂化。在常压和中等压力下，确定了所有稳定和亚稳Li-Sn化合物的基态结构，并研究了它们的性质，以了解压力在重新定义锂离子电池充放电过程中反应机理中的作用。除了已知的现有的Li-Sn化合物，我们的研究揭示了存在五个未报道的化学计量比（Li 8 Sn 3，Li 3Sn 1，Li 4Sn 1，Li 5Sn 1和Li 7Sn 1）和它们在环境和高压下的相关晶体结构。虽然Li 8 Sn 3已被鉴定为在整个压力范围（1 atm-20 GPa）中最稳定的Li-Sn化合物之一，但是压力诱导的富Li化合物如Li 5Sn 1和Li 7Sn 1已被分类为分别提供比已知的最多锂化相的容量（即，最重要的是，我们的计算显示在20 GPa下体积膨胀减少约50%，并且揭示了施加压力可以减少Li电镀的机会并改善机械性能，这是使电池更安全和寿命更长所期望的。
2016-12-20 cond-mat.mtrl-sci
Raman Investigation of the Ice Ic - Ice Ih Transformation
在许多冰的多晶型物中，在环境压力下存在于自然界中的冰I具有两种不同的结构，即稳定的六方（Ih）或亚稳的立方（Ic）结构。立方冰Ic的精确分析一直缺失，直到最近发现了一种简单的方法来获得结构纯的形式。在这里，我们报告了拉曼光谱研究的转变亚稳态冰Ic到稳定的形式Ih，通过应用一个非常缓慢的温度斜坡冰Ic样品最初在150 K。的热行为的光谱特征源自晶格和OH-伸缩振动模式进行了仔细测量，确定的热力学条件的Ic-Ih过渡和动力学的两种结构具有显着的准确性。此外，两次转化动力学测定的比较还可以提供该转化过程活化能的估计。
2020-05-24 cond-mat.mtrl-sci
Evidence for Stable Square Ice from Quantum Monte Carlo
最近对水在纳米限制下形成的冰进行的实验为二维（2D）“方形冰”相提供了证据。然而，实验的解释受到质疑，方冰的稳定性也成为一个争论的问题。这部分是因为迄今为止采用的模拟方法（力场和密度泛函理论）难以准确描述相关相之间非常小的能量差异。在这里，我们报告了一个研究二维冰使用精确的波函数为基础的电子结构的方法，即扩散蒙特卡罗（DMC）。我们发现，在相对较高的压力方冰确实是最低的焓相检查，支持最初的实验要求。此外，在较低的压力下，“五边形冰”相（尚未在实验上观察到）具有最低的焓，在环境压力下，“五边形冰”相退化为“六边形冰”相。我们的DMC结果还使我们能够评估各种密度泛函理论交换相关泛函和力场模型的准确性，并在这样做，我们扩展了对这种方法如何执行具有挑战性的二维结构呈现悬空氢键的理解。
2016-11-21 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Crystalline clusters in mW water: stability, growth, and grain boundaries
与水的mW模型的数值模拟，我们研究了冰I（立方和六角形冰）和亚稳冰0相作为集群大小的函数的结晶集群的能量稳定性。在各种各样的形成条件下，我们发现，最稳定的集群的变化作为一个功能的大小：在小尺寸的冰0相产生最稳定的集群，而在大尺寸有一个交叉冰我集群。我们进一步研究了晶种技术对晶体团簇生长的影响，并研究了不同晶种团簇的生长模式。虽然在小尺寸下能量稳定，但亚稳相（立方相和Ice 0）的生长受到相干晶界形成的阻碍。立方冰的五重对称孪晶界，以及冰0中新发现的相干晶界，促进了立方冰的交叉成核。我们的工作表明，不同的本地结构可以竞争的稳定相在mW的水，和特定的晶界的低能量成本可能会发挥重要作用，多晶型选择。
2019-07-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
A stable compound of helium and sodium at high pressure
氦通常被认为是化学惰性的，这是由于其极其稳定的闭壳层电子构型，零电子亲和力和无与伦比的电离电位。除了少数包合物外，还不知道它能形成化学稳定的化合物。在这里，使用从头算进化算法USPEX和随后的金刚石压砧单元中的高压合成，我们报告了一种氦和钠的化学稳定化合物Na2He的发现，该化合物具有萤石型结构，并且在>113 GPa的压力下稳定。我们表明，He原子的存在下，导致强烈的电子局域化，使这种材料绝缘。这一阶段是一个晶体，与电子对本地化的间隙，形成八个中心的两个电子键内的空钠8立方体。我们还预测了在15 GPa以上的压力下存在具有类似结构的Na2HeO。
2017-02-14 cond-mat.mtrl-sci
Synthesis pathways to thin films of stable layered nitrides
本研究揭示了以元素气相前驱体制备热力学稳定有序层状三元氮化物薄膜的合成路径，阐明亚稳态中间相的形成机制，该方法可拓展至多类氮化物体系，为新型功能氮化物材料合成提供新思路。
2024-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Stable Polar Oxynitrides through Epitaxial Strain
我们通过基于群体智能的结构预测方法、密度泛函晶格动力学和第一性原理分子动力学研究了ABO $_2$ N氮氧化物的能量有利结构随压力和应变的变化。我们预测了几种在高压下结晶稳定的极性氧氮化物钙钛矿。此外，我们发现钙钛矿结构的氮氧化物的铁电极性相可以是结晶稳定的，并在高压下在适当的衬底上合成。铁电氮氧化物在环境压力下外延应变下的动力学稳定性也意味着使用脉冲激光沉积或其他原子层沉积方法合成它们的可能性。我们的研究结果对进一步探索其他氮氧化物材料也具有广泛的意义。我们进行了第一性原理分子动力学，发现YSiO $_2$ N的极性钙钛矿是亚稳态至少600 K下的压缩外延应变转换到稳定的硅灰石样结构之前。YSiO $_2$ N在具有外延应变的压力下稳定。我们预测LaSi $_2$ N、LaGeO $_2$ N、BiSiO $_2$ N和BiGeO $_2$ N在零压力下即使没有外延应变也是亚稳态的铁电钙钛矿。
2021-06-10 cond-mat.mtrl-sci
2D ice from first principles: structures and phase transitions
尽管与云微物理学和摩擦学等不同领域相关，但对低维水冰的结构和相变的理解仍然存在重大差距。在这里，我们报告的第一原理研究有限的二维冰作为压力的函数。我们发现，在环境压力下，六边形和五边形单层结构是两个最低的焓相确定。在轻度压缩时，五边形结构变得最稳定，并持续到\textit{ca.} 2 GPa，在该点处正方形和菱形相是稳定的。方相同意最近的实验观察方冰限制在石墨烯片。我们还发现了一个双层AA堆叠的方形冰相，这澄清了实验观察和早期力场模拟之间的差异。这项工作提供了一个新的角度对二维封闭冰，突出的结构观察到的围压和宽度的敏感性。
2015-08-15 cond-mat.mtrl-sci
Novel phase of beryllium fluoride at high pressure
一个以前未知的热力学稳定的高压相BeF $_{2}$已使用进化算法USPEX预测。这一阶段发生在18-27 GPa的压力范围内。其结构具有$C2/c$空间群对称性，在原始晶胞中包含18个原子。考虑到BeF $_{2}$和SiO $_{2}$之间的相似性，也已经研究了二氧化硅相，但是尚未观察到新相对于该系统是化学稳定的。然而，它被发现是亚稳的，并具有可比的能量，以已知的亚稳相的SiO $_{2}$，这表明其合成的可能性。
2015-06-11 cond-mat.mtrl-sci
Predicting the phase behaviors of superionic water at planetary conditions
宇宙中的大多数水可能是超离子的，其热力学和输运性质对行星科学至关重要，但难以通过实验或理论进行探测。我们使用机器学习和自由能方法来克服量子力学模拟的局限性，并在极端条件下表征氢扩散，超离子跃迁和水的相行为。我们预测，一个紧密堆积的超离子相与混合堆叠是稳定的，在一个很宽的温度和压力范围内，而体心立方相仅在一个小的窗口，但动力学上是有利的。我们的相边界，这是与现有的，虽然罕见的实验观察相一致，有助于解决绝缘冰，不同的超离子相，冰巨人内部的液态水的分数。
2021-03-16 astro-ph.EP cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Predicted Novel Hydrogen Hydrate Structures under Pressure from First Principles
天然气水合物是最重要的系统。特别是氢水合物是冰卫星和彗星的潜在材料，并可用于储氢。我们探讨了在0-100 GPa的压力范围内的H2O-H2系统的从头变组成演化模拟。根据我们的计算和前人的实验结果，H_2 O-H_2体系在压力作用下发生了一系列的转变，形成了已知的开网状笼形结构（sII，C_0）、致密的“填充冰”结构（C_1，C_2）和两种新的水合物相。其中之一是基于六边形冰框架，并在低压和相似焓下具有与C 0相相同的H2O：H2比（2：1）（我们将此相命名为Ih-C 0）。另一个新预测的水合物相具有1：2的H2O：H2比和基于立方冰的结构。这个阶段（我们命名为C3）被预测在38 GPa以上是稳定的，包括范德华相互作用和零点振动能，并解释了以前神秘的实验X射线衍射和拉曼测量。这是最富氢的水合物，并且该相具有显著的重量密度（18重量%）。容易提取的氢。
2014-03-29 cond-mat.mtrl-sci
Tin-selenium compounds at ambient and high pressures
采用基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理演化晶体结构搜索方法，在0 ~ 100 GPa压力范围内系统地研究了由Sn和Se原子组成的SnxSey晶体化合物.在没有任何先前输入的情况下发现SnSe和SnSe 2的所有已知实验相。在2.5GPa下，SnSe-Pnma相向SnSe-Cmcm相的二级多晶相变。最初是半导体的，这个相在7.3 GPa时变成金属。当压力进一步增加到36.6GPa时，SnSe-Cmcm相转变为CsCl型SnSe-Pm 3 m相，其在甚至更高的压力下保持稳定。发现具有不同化学计量比的金属化合物Sn_3Se_4-I_（43）d在18 ~ 70 GPa范围内是稳定的。已知的半导体二硒化锡SnSe 2-P3 m1相被发现从环境压力直到18 GPa是化学稳定的。最初是半导体的，它在超过8 GPa的压力下经历金属化。
2017-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Stability of ferroelectric ice
我们从理论上研究了Cmc 21结构的铁电冰的稳定条件，几十年来，Cmc 21结构一直被认为是纯冰Ih的低温质子有序相的最有前途的候选者之一。结果表明，Cmc 21结构只有在一定量的掺杂剂下才是稳定的，而纯冰Ih的真正质子有序相仍有待于在较低温度下发现。提到了自旋冰的含义。
2010-07-11 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Autonomous thermodynamically informed database generation for machine-learned interatomic potentials and application to magnesium
本文提出了一种自主热力学引导的数据库生成方法，用于构建机器学习原子间势能模型，应用于镁，实现了在广泛压力和温度范围内的高精度描述。
2025-12-02 cond-mat.mtrl-sci
Double-layer ice from first principles
单层和多层冰与正方形晶格结构的形成最近已被报道的基础上，透射电子显微镜实验，在封闭的二维冰的兴趣更新。在这里，我们报告了一个系统的密度泛函理论研究双层冰在纳米约束。本文给出了作为限制宽度和侧压力的函数的相图。相图中包括蜂窝状六方结构、方管结构、六方密排结构和屈曲菱形结构。然而，与实验观察相反，正方形结构没有功能：我们最稳定的双层正方形结构被预测为亚稳态。该研究为双层受限冰的相变提供了一般性的见解，并为石墨烯纳米毛细管实验中方冰的稳定性提供了一个新的理论视角。
2017-03-10 cond-mat.mtrl-sci
The CH3SH molecule deposited on Cu(111) and deprotonation
我们首次证明了当甲硫醇吸附在规则的Cu（111）表面上时，解离结构比完整的结构更稳定。计算结果表明，在低温下，甲烷乙烷在Cu（111）表面的吸附倾向于在规则的Cu（111）表面的顶部位置。随着温度的升高，S-H键断裂并且甲硫醇盐有利于中空位点。在缺陷Cu（111）表面上，解离构型仍然比非解离构型更稳定.计算结果表明，虽然铜和金都是贵金属，但甲硫醇在Cu（111）衬底上的吸附稳定性几乎与在Au（111）衬底上的相反。
2007-12-06 cond-mat.mtrl-sci
The phase diagram of ice: a quasi-harmonic study based on a flexible water model
本文用准谐波近似研究了冰的相图。所有实验已知的冰相的自由能已计算与灵活的q-TIP4P/F模型的水。唯一的例外是高压冰X，其中对称的O-H-O键的存在阻止了它的建模与此经验的原子间势。我们的方法的简单性，使我们能够研究冰相的状态点的T-P平面，已被省略在以前的模拟使用自由能方法的基础上，热力学积分。在相图中的平均质子无序出现在几个冰相的效果进行了研究。它被发现特别相关的冰III，至少对于通常用于相共存模拟的细胞大小。新的洞察能力的水模型来描述冰相共存。我们发现，H-有序冰IX和XIV，以及H-无序冰XII，是特别稳定的水模型。这一事实与实验数据不符。冰IX的意外大稳定性是与水模型的TIP4P特性相关的属性。只有在省略了这三个稳定的冰相后，计算的相图在对应于冰Ih、II、III、V和VI的T-P区域中才变得与实验相图在合理的定性上一致。在量子和经典极限下的相图计算表明，最重要的量子效应是冰II的稳定性，因为与冰Ih、III和V相比，冰II的零点能较低。
2013-10-03 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Deep-glassy ice VI confirmed with a combination of neutron spectroscopy and diffraction
最近发现的低温吸热加热氢氯酸掺杂冰VI引发了生动的争议。两种相互竞争的解释旨在解释其起源，从一种新的独特的冰结晶相到众所周知的冰VI的深玻璃态。氘相的慢动力学的问题已经提出，我们在这里完全规避同时测量的非弹性中子谱和中子衍射数据的H2O样品。这些测量结果清楚地证实了深玻璃状冰VI情景，并排除了其他解释。此外，我们表明，D2O冰XV，冰VI的有序对应物的晶体学模型，也适用于相应的H2O相。现在，深玻璃状冰VI的发现为超稳定玻璃提供了一个迷人的新例子，这种玻璃在各种其他材料中都会遇到。
2019-11-11 cond-mat.mtrl-sci
The phase diagram of water at high pressures as obtained by computer simulations of the TIP4P/2005 model: the appearance of a plastic crystal phase
本文采用TIP 4P/2005水模型对水的高压区相图进行了计算机模拟研究。自由能计算进行冰VII和VIII和流体相，以确定这些冰的熔化曲线。此外，分子动力学模拟在高温（440 K）下进行，观察到在约80000巴的压力下液体自发冻结成固相。对所得结构的分析得出了形成塑性结晶相的结论。在塑性晶体阶段，氧原子排列形成一个体心立方结构，就像在冰VII中一样，但水分子几乎可以自由旋转。对这种新相进行了自由能计算，发现对于TIP 4P/2005，这种塑性晶体相在高于约400 K的温度下相对于冰VII和VIII是热稳定的，尽管精确值取决于压力。通过Gibbs Duhem模拟，确定了所有的共存线，得到了TIP 4P/2005模型的相图，包括冰VIII和冰VII以及新的塑性晶体相。TIP 4P/2005模型能够定性描述水的相图。研究这种塑性晶体相是否确实存在于真实的水中将是有趣的。水的近似球形使得在高温下形成塑性晶体相成为可能。从动力学的角度来看，在高温下形成塑性晶体相（具有氧原子的bcc排列）在约2ns内发生。这与冰Ih的成核相反，冰Ih的成核需要数百ns量级的模拟。
2009-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Structural Diversity in Lithium Carbides
锂-碳二元系统具有广泛的化合物，这些化合物表现出迷人的化学键合特性，这些特性产生了各种技术上重要的特性。虽然以前已经研究或提出了具有各种组成的碳化锂，但这些化合物的晶体结构远未得到很好的理解。在这项工作中，我们提出了第一次全面调查的所有基态（GS）结构的碳化锂在广泛的热力学条件下，使用\textit{ab initio}密度泛函理论（DFT）的晶体结构搜索方法。在0 GPa以及40 GPa下对范围从Li $_{12}$ C到LiC $_{12}$的29种化学计量进行彻底搜索。基于优化的van der Waals密度泛函计算的生成函数，在0 GPa压力下，共鉴定出7个结晶稳定相（Li $_4$ C $_3$、Li $_2$ C $_2$和LiC $_{12}$），（Li $_8$ C，Li $_6$ C，Li $_4$ C，Li $_8$ C $_3$，Li $_2$ C，Li $_3$ C $_4$，和Li $_2$ C $_3$）在40 GPa下预测。在这些结构中发现了丰富多样的碳键合，包括单体、二聚体、三聚体、纳米带、片和框架，并且观察到每个相中存在的碳连接的维度随着碳浓度的增加而增加。特别感兴趣的是，我们发现众所周知的组合物LiC $_6$实际上是亚稳态的。我们还发现了一个独特的共存的碳单体和二聚体内预测的化学稳定相Li $_8$ C $_3$，和不同宽度的碳纳米带共存于一个…
2016-07-11 cond-mat.mtrl-sci
Stability of Glassy and Ferroelectric States in the Relaxors PbMg1/3Nb2/3O3 and PbMg1/3Nb2/3O3-12% PbTiO3
无序玻璃相的稳定性在弛豫PbMg 1/3 Nb 2/3 O 3和（PbMg 1/3 Nb 2/3 O 3）0.88（PbTiO 3）0.12，称为PMN和PMN-PT，研究通过制备部分极化样品，并允许他们在零场的温度范围内的阶段是历史依赖的老化。PMN-PT的极化会自发地增加，直到形成长程序，首先出现巨极化噪声。因此，PMN-PT中的结晶稳定相似乎是铁电的。与此相反，PMN样品缺乏尖锐的一阶场驱动的转变，发现在其他一些样品自发去极化，其玻璃态是化学稳定的一致。详细的热去极化结果表明，在PMN两个不同的宽峰，以及一小部分的材料与突然熔化转变的分布。
2007-03-28 cond-mat.mtrl-sci
Ionic ammonia ice
我们报告的实验和理论证据表明，固体分子氨在室温和高压下变得不稳定，并转化为离子晶体形式。这种材料的特点是在氢化NH3和氘代ND 3氨样品高达约180和200 GPa，分别通过红外吸收，拉曼光谱和X-射线衍射。NH3中以2500 cm-1（ND 3中为1900 cm-1）为中心的新的强红外吸收带的存在表明氨分子电离为NH 2-和NH 4+离子，与先前的理论预测一致。我们发现两种结晶离子形式共存的实验证据，我们的从头计算结构搜索预测是最稳定的相关压力。氨的离子结晶形式在低温下是稳定的，这与其中没有发现等效结晶离子相的水的行为形成对比。
2014-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Skyrmion-Antiskyrmion Lattice: A Net-Zero Topological Phase in Low-Symmetry Frustrated Chiral Magnets
本研究在低对称阻挫手性磁体二维异质结构中发现热力学稳定的skyrmion-antiskyrmion净零拓扑晶格，揭示其磁场诱导相变序列，阐明对称性强制各向异性磁相互作用的稳定机制。
2025-09-17 cond-mat.mtrl-sci
Quantum-mechanical exploration of the phase diagram of water
水的相图隐藏着许多奥秘：一些相边界是模糊的，已知的稳定相可能不完整。从液态水和一套全面的50冰结构，我们计算的相图在三个混合密度泛函理论近似水平，占热和核波动以及质子无序。这样的计算之所以容易处理，是因为我们结合了机器学习方法和先进的自由能技术。计算的相图是在定性协议与实验，特别是在压力$\lesssim$ 8000巴，和化学势的差异是可比的微妙的不确定性引入的质子无序和三个混合泛函之间的传播。在我们的计算中，没有一个假设的冰相被认为是热力学稳定的，这表明在所考虑的区域中实验水相图的完整性。我们的工作证明了从第一性原理预测多晶型体系相图的可行性，并提供了一种测试量子力学计算极限的热力学方法。
2020-10-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
The Equation of State of MH-III: a possible deep CH$_4$ reservoir in Titan, Super-Titan exoplanets and moons
我们调查的热状态方程，体积模量，热膨胀系数，和热容量的MH-III（CH $_4$填充冰Ih），所需的CH $_4$运输和放气的情况下的土卫六和超级泰坦的研究。我们采用密度泛函理论和从头算分子动力学模拟的广义梯度近似与范德华功能。我们研究了$300$ K- $500$ K的有限温度范围和$2$ GPa- $7$ GPa之间的压力。我们发现，在这个P-T范围内，MH-III的密度小于液态水。土卫六的标准化转动惯量（MOI）存在不确定性;估计在$0.33-0.34$范围内。如果土卫六的MOI是$0.34$，那么MH-III目前在土卫六的内部并不稳定，这就为CH $_4$的放气提供了一条更容易的途径。然而，对于MOI为$0.33$的MH-III，在能够储存CH $_4$的冰岩内层的底部是热稳定的。对于岩石质量分数$\lessapprox 0.2$，上涌熔体的温度可能足以使MH-III沿其路径解离。对于考虑MH-III和冰VII混合物的超级泰坦，如果H $_2$ O：CH $_4$摩尔分数为$>5.5$，熔体总是正浮力的。我们的热演化模型表明，MH-III可能存在于泰坦的核心，局限于一个薄（$\approx 10$公里）的外壳。我们发现，MH-III的热容量高于纯水冰的测量值，大于通常采用的冰岩混合物的热容量与内部加热的影响。
2019-07-13 astro-ph.EP cond-mat.mtrl-sci physics.geo-ph
A Supersolid Skin Covering both Water and Ice
自1859年Farady首次提出液体皮肤润滑冰以来，水和冰皮肤的神秘性质和功能仍然令人困惑。在这里，我们显示了存在的超固相，包括水和冰使用拉曼光谱测量和量子计算。在两个分子层厚的皮肤，分子配位不足缩短H-O键约16%，延长OH非键约25%，通过相邻的O原子上的电子对之间的排斥，这降低密度从0.92散装冰到0.75 gcm-3。O：H-O协同弛豫使H-O伸缩声子从3200/3150 cm-1硬化到3450 cm-1，并使两层的熔化温度提高到~310 K。数值导数的粘度和电荷积累表明，弹性，极化，热稳定的超固相，使冰无摩擦和水皮肤疏水性和冰一样，在室温下。
2014-01-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
