Electronic Properties of Carbon Nanotubes Calculated from Density Functional Theory and the Empirical pi-Bond Model
评估了FIREBALL实现的DFT模型对CNT电子器件建模的有效性。采用从头算紧束缚密度泛函理论（DFT）程序FIREBALL和经验最近邻π键模型计算了半导体锯齿形（n，0）碳纳米管（CNTs）的有效质量、带隙和透射系数，并对所有半导体n值5 <（=）n <（=）35进行了比较.有效质量的DFT值在n值17 <（=）n <（=）29的范围内与π键值相差+（-）9%，这对于电子器件应用是最重要的。在13 <（=）n <（=）35的范围内，DFT带隙比经验带隙小20-180 meV，这取决于泛函和n值。当CNT直径小于1 nm时，由于CNT的曲率较大，π键模型给出的结果与DFT的结果有很大的不同。对于（10，0）CNT，π键模型在远离带边的情况下很快变得不准确，并且对于n <（=）8，π键模型完全不准确。
2007-04-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Crossover between ionic/covalent and pure ionic bonding in magnesium oxyde clusters
本文提出了一个具有涨落电荷的经验势，用于模拟（MgO）_n团簇在分子（小n）和体（n->infty）两种状态下的团簇。矢量极化力被明确地考虑在自洽确定的电荷。我们的模型预测立方体集群结构，与以前的实验和理论结果一致。镁和氧之间转移的有效电荷从1平稳地增加到2，估计的交叉尺寸超过300个MgO分子。
2003-01-23 cond-mat.mtrl-sci
Measures of Basicity in Silicate Minerals Revealed by Alkali Exchange Energetics
碱交换反应的能量计算从密度泛函计算的一系列碱性硅酸盐矿物。将第一性原理计算与（1）实验;（2）热力学模型;（3）使用经验原子间势（具有可极化壳模型势和部分电荷的成对势）的计算;以及（4）基于光学碱度和Pauling键强度的经验相关性进行比较。第一性原理计算与实验值有很好的相关性。壳模型势似乎解释了Si-O-Si与Si-O氧碱度的关系，但不能恢复Al-O-Si和Si-O-Si施主之间碱度的差异。对势甚至不能定性地再现在第一性原理计算中建立的反应性趋势。基于光学碱度和Pauling键强度的经验关联式成功地对交换能进行了排序，但未能描述Si-O-Si和Si-O氧原子之间碱度的巨大差异。了解哪些模型能够预测硅酸盐矿物中的离子交换能量，可以提高对离子交换玻璃中键合物理学的理解。
2016-06-03 cond-mat.mtrl-sci
Transferable empirical pseudopotenials from machine learning
本研究利用机器学习生成经验赝势，通过动量范围分离的旋转协变描述符捕捉晶体对称性和键方向信息，实现对各向异性固体的精确描述，并能无需自洽计算即可重现含缺陷半导体的从头算能带和波函数，推动数据驱动的材料研究。
2024-02-07 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Applying machine learning techniques to predict the properties of energetic materials
我们提出了一个概念证明，机器学习技术可以用来预测从他们的分子结构的HOCHF高能分子的属性。我们专注于一个小而多样的数据集，由109个分子结构分布在10个化合物类。到目前为止，高能材料的候选分子已经通过昂贵的量子模拟和热化学代码的预测来筛选。我们对机器学习模型和几种分子特征化方法进行了全面的比较--键上求和、自定义描述符、库仑矩阵、键袋和指纹。最好的特征化方法是对键求和（键计数），最好的模型是核岭回归。尽管有一个小的数据集，我们获得了可接受的误差和皮尔逊相关性的预测爆压，爆速，爆炸能量，生成热，密度，和其他属性的样品。通过在我们的训练中包含另一个包含309个额外分子的数据集，我们展示了如何降低误差，尽管分子数量的收敛速度很慢。我们的工作为机器学习在这一领域的未来应用铺平了道路，包括自动化潜在客户生成和解释机器学习模型以获得新的化学见解。
2018-06-13 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Interatomic potentials: Achievements and challenges
原子间相互作用势近似原子的势能，作为其坐标的函数。它们的主要应用是多原子系统的有效模拟。在这里，我们回顾经验原子间的潜力，旨在重现弹性性能，缺陷能量，键断裂，键形成，甚至氧化还原反应。我们讨论流行的两体势，嵌入原子模型的金属，键序势共价键合系统，极化电位，包括电荷转移方法的离子系统和量子德鲁德振荡器模型模仿高阶和多体色散。特别强调的问题是什么约束随之而来的功能形式的潜力，例如，如何违反弹性张量元的柯西关系，以及这对缺陷能和内聚能的比值意味着什么，或者为什么描述金属的势的沸腾温度与熔化温度的比值往往很大，而短程对势的比值很小。这一审查是为了教学而不是为了学术。这就是为什么我们强调具有足够简单的功能形式的潜力，以保持适合分析处理。我们的主要目标是提供一个刺激，现有的方法可以先进的或有意义的结合，以扩大基于经验潜力的模拟范围。
2022-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Reactive Force Field for Proton Diffusion in BaZrO3 using an empirical valence bond approach
推导了一个新的反应力场来描述质子在固体氧化物燃料电池材料BaZrO 3中的扩散。使用量子力学势能面，原子间势模型的参数来描述纯的和钇掺杂的BaZrO 3中的羟基已被确定。反应性，然后通过使用经验价键模型。采用分子动力学模拟（EVB-MD）研究了氢分子的扩散过程，并将其方程推广到等温等温系综。在低浓度极限，钇的存在下被发现不显着影响氢的扩散率，尽管质子具有较长的停留时间在氧附近的掺杂剂。这种影响的缺乏是由于捕获很少发生的事实，即使当质子扩散通过邻近掺杂剂的八面体。扩散的活化能被认为是0.42 eV，与实验值吻合良好，虽然前因子略有低估。
2012-05-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Machine Learning-Assisted High-Throughput Semi-empirical Search of OFET Molecular Materials
机器学习在化学信息学中得到了广泛的验证和应用，并在发光、磁性和电极材料的预测、修饰和优化方面取得了突出的成果。本文提出了一种结合lightGBM机器学习模型的深度优先搜索遍历（DFST）方法来搜索经典的有机场效应晶体管（OFET）功能分子化学空间，该方法简单而有效。在两种骨架类型下，共生成了2820588个不同结构的分子，证明了DFST策略的搜索效率。利用简化的分子输入行输入系统（SMILES），生成描述分子的字母数字串直接解决了逆设计问题，因为生成集具有100%的化学有效性。Light Gradient Boosting Machine（LightGBM）模型固有的分布式和高效特性可以实现更快的训练过程和更高的训练效率，这意味着用更少的数据量获得更好的模型性能。通过密度泛函理论（DFT）计算，从280万个分子中筛选出184个分子，验证了预测的准确性。
2021-07-06 cond-mat.mtrl-sci
Phonons of graphene and graphitic materials derived from the empirical potential LCBOPII
我们根据LCBOPII经验键级势给出了石墨和石墨烯的原子间力常数和声子色散。我们发现一个很好的协议与实验结果，特别是在比较其他键级电位。根据弯曲模式，我们确定石墨烯在零温度下的弯曲刚度为0.69 eV。我们讨论了这个常数随温度的大幅增加，并认为从实验值推导力常数应考虑到这一特点。我们还研究了其他石墨系统，包括多层石墨烯，我们表明，分裂的弯曲模式可以提供一个工具的表征。
2010-10-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
LLM-driven discovery for carbon allotropes with bond-network entropy
Xi’an Jiaotong University（西安交通大学）；AiMaterials Research LLC（AiMaterials研究有限责任公司）
利用大语言模型和机器学习势能结合，发现具有混合sp-sp³杂化的新型碳同素异形体，展现极端热各向异性和超硬特性。
2026-02-26 cond-mat.mtrl-sci
Linking Electronic Bonding and Short-range Order to Strength in $α$-Titanium Alloys: A First-Principles Study
IITK（印度理工学院坎普尔分校）
该研究基于第一性原理，结合DFT计算与ICOHP等量子化学描述符，揭示了α钛合金中置换原子短程有序对电子键合及力学性能的影响，开发出超越传统经验方法的抗拉强度预测模型，为高性能结构材料计算设计提供了重要进展。
2026-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Compositions in YBa2Cu3Oy for 3-D bond order superconductors
YBa_2Cu_3O_y中的自掺杂从> 600 K开始发生转变，从链状金属还原和平面氧化的电荷平衡转变为链状配体氧化（O-）和平面还原的电荷平衡。其中的响应是平面膨胀和异常强的超导性，如高温超导性（ETS），通过激光脉冲（Tc= 552 K *）和喷丸淬火（Tc= 200 K *）观察到。我们将ETS归因于有限的3-D超导性，这是由于链-平面三明治内键序的相关系统，并提出了如何稳定它。因此，平面扩展n掺杂来自于与具有双重O配位的局部链Cu的自掺杂电荷平衡（2）。两个顶端O-的哑铃型键是高能环境的结果，并且在其度量上与平面上的电子对相当。根据经验Tc=%（2）x11，我们建议增加%（2），以使观察到的Tc（光致反射率边缘）逆行上升至100%（2）时Tc= 1100 K * 的理论极限。我们提出的组合物和热处理的基础上的电荷晶格可折叠性。平面上的成对电荷浓度，由基于幻数计数的键序确定，提出了几个有希望的候选者，如c=0.22=2/3a 0x 3b 0，c=0.17=2/3x 4或c=0.080=2/5x 5。后者可以达到32%（2），不仅在激光脉冲中，而且在喷丸淬火材料中显示Tc= 352 K *。
2016-01-11 cond-mat.mtrl-sci
Modeling of Covalent Bonding in Solids by Inversion of Cohesive Energy Curves
我们提供了一个系统的测试经验理论的共价键在固体中使用一个确切的程序来反转从头计算的内聚能曲线。通过考虑相同材料的多种结构，有可能首次测试竞争角函数，暴露簇膨胀的基本假设中的不一致性，并提取共价键的一般特征。我们测试我们的方法在硅上，并提供直接的证据，Tersoff型键序形式主义正确地描述了协调依赖。对于键弯曲力，我们得到倾斜的角度函数，有利于小角度，不同于现有的模型。作为一个证明的原理演示，我们推导出一个硅原子间的潜力，表现出可比的精度，现有的模型。
1996-11-27 cond-mat.mtrl-sci mtrl-th
Describing the diverse geometries of gold from nanoclusters to bulk-- a first-principles based hybrid bond order potential
基于经验力场的分子动力学模拟对于深入研究金纳米团簇的原子结构和长时间尺度动力学具有重要意义。这种方法受到目前可用的量子化学在描述Au簇所表现出的尺寸依赖性维度和多样几何形状（例如，平面的、中空的笼、棱锥）。由于它们能够解释键的方向性，基于键序的势能函数，如Tersoff型键序势（BOP），非常适合这样的描述。然而，现有BOP参数的预测能力在纳米长度尺度上受到严重限制，这是由于用于训练它们的大块Au性质的优势。在这里，我们通过引入新的混合键级势（HyBOP）来缓解这个问题，该混合键级势（HyBOP）可以解释（a）通过Tersoff型BOP项的短程相互作用和（b）通过缩放LJ项的长程效应，其贡献取决于局部原子密度。我们使用遗传算法驱动的全局优化方案优化了HyBOP的独立参数。此外，为了确保这些参数在不同长度尺度上具有良好的可转移性，我们使用了广泛的训练数据集，包括从密度泛函理论（DFT）计算获得的一千个13原子Au簇的结构和能量特性、表面能以及体多晶型物。我们的新开发的HyBOP已被发现准确地描述（a）全球最低能量配置在不同的集群大小，（b）从平面到球状星团过渡的临界尺寸，（c）结构图案与集群大小的演变，和（d）热力学，结构，弹性性质的散装多晶型物以及表面，在良好的协议与DFT计算和光谱实验。
2015-11-10 cond-mat.mtrl-sci
Temperature and composition dependence of short-range order and entropy, and statistics of bond length: the semiconductor alloy (GaN)$_{1-x}$(ZnO)$_x$
我们给出了（GAN）$_{1-x}$（ZnO）$_{x}$合金的总能量和力计算。站点占用配置产生的Monte Carlo（MC）模拟，在以前的研究中提出的集群扩展（CE）模型的基础上。令人惊讶的大的局部原子坐标弛豫密度泛函计算发现使用432个原子的周期性超晶胞，在$x=0.5$的三个代表性的配置。这些用于生成键长分布。的合金的结构平均的成分和温度依赖的短程有序（SRO）参数进行了讨论。熵是近似的对分布统计，因此有关的SRO参数。这种近似熵与MC的精确数值进行了比较。提出了一个键长与局部化学环境关系的经验模型。
2013-12-31 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Empirical potential study of phonon transport in graphitic ribbon
基于Brenner经验势，研究了石墨薄带的热学性质.通过声子色散关系和碳纳米管态密度与第一性原理计算的比较，验证了经验势在共价键合碳纳米结构热性质研究中的可靠性和实用性.分析揭示了独特的边缘声子状态，是高度本地化的扶手椅和锯齿形带的边缘碳原子。将声子色散关系应用到声子输运的Landauer公式中，阐明了石墨带低温热导的量子化和普适性，发现低温区量子化平台的宽度与带宽成反比.
2004-10-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Network evolution controlling strain-induced damage and self-healing of elastomers with dynamic bonds
本研究利用CGMD模拟揭示动态聚合物网络中最短路径演化与宏观损伤、松弛及自修复行为的联系，并提出最短路径与应力、应变相互作用的经验规则。
2024-01-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Achieving Empirical Potential Efficiency with DFT Accuracy: A Neuroevolution Potential for the $α$-Fe--C--H System
Osaka University（大阪大学）；University of Science and Technology Beijing（北京科技大学）；Bohai University（渤海大学）
本研究基于自旋极化DFT数据库开发α-Fe--C-H体系神经演化势NEP，兼具DFT精度与经验势效率，模拟速度媲美键级势，可低成本开展高精度大规模原子模拟，助力钢氢脆研究。
2025-10-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Tersoff-NN: Hybrid Machine-Learned Bond-Order Extension of the Tersoff Potential
Faculty of Science and Engineering, Waseda University（早稻田大学理工学术院）
本研究开发了混合机器学习势Tersoff-NN，保留Tersoff势的部分结构并以NN表示键级因子，在提升硅环境描述精度的同时，计算效率更高且动态稳定性更强。
2026-10-19 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Redox reactions with empirical potentials: Atomistic battery discharge simulations
电池是克服当今一些最大技术挑战的关键部件。然而到目前为止，还没有一个完整的电池的自洽原子论描述。我们迈出了第一步，对电池作为一个整体微观建模。我们的重点在于在电极-电解质界面发生的现象，这是不容易用其他方法研究。我们使用的氧化还原分裂电荷平衡（redoxSQE）方法，分配一个离散的电离状态，每个原子。除了在键间交换部分电荷外，原子还可以交换整数电荷。使用redoxSQE，我们研究了纳米电池的放电行为，并证明了这在定性上再现了宏观电池的一般特性。例如，电池容量对温度和放电速率的依赖性，以及充电时的性能下降。
2013-08-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
