Wenhao Sun, Christopher Bartel, Elisabetta Arca, Sage Bauers, Bethany Matthews, Bernardo Orvañanos, Bor-Rong Chen, Michael F. Toney, Laura T. Schelhas, William … 展开作者
Wenhao Sun, Christopher Bartel, Elisabetta Arca, Sage Bauers, Bethany Matthews, Bernardo Orvañanos, Bor-Rong Chen, Michael F. Toney, Laura T. Schelhas, William Tumas, Janet Tate, Andriy Zakutayev, Stephan Lany, Aaron Holder, Gerbrand Ceder
Exploratory synthesis in novel chemical spaces is the essence of solid-state chemistry. However, uncharted chemical spaces can be difficult to navigate, especially when materials synthesis is challenging. Nitrides represent one such space, where stringent synthesis constraints have limited the exploration of this important class of functional materials. Here, we employ a suite of computational materials discovery and informatics tools to construct a large stability map of the inorganic ternary metal nitrides. Our map clusters the ternary nitrides into chemical families with distinct stability and metastability, and highlights hundreds of promising new ternary nitride spaces for experimental investigation--from which we experimentally realized 7 new Zn- and Mg-based ternary nitrides. By extracting the mixed metallicity, ionicity, and covalency of solid-state bonding from the DFT-computed electron density, we reveal the complex interplay between chemistry, composition, and electronic structure in governing large-scale stability trends in ternary nitride materials.
采用基于第一性原理计算的高通量筛选方法寻找新的三元无机化合物。从可用的材料数据库中，我们确定了三种新的化学稳定材料（Li $_{12}$ Mg $_3$ Si $_4$、NaBa $_2$ O和Ca $_5$ Ga $_2$ N $_4$）作为由主族元素制成的潜在的氧化物，除了众所周知的基于钙铝石的氧化物（C12 A7：$e^-$）之外。这三种新材料不同于传统的无机氧化物，其过剩电子只起阴离子的作用，它们与高压下简单金属中的氧化物类似，具有混合的离子键和金属键。两种竞争机制之间的相互作用，以及不同的晶体堆积图案，产生了各种各样的几何形状的阴离子电子，和丰富的物理现象，如铁磁性，超导性和金属-绝缘体转变。我们的发现弥补了在环境压力和高压条件下发现的压力之间的差距。
Theoretical Insights into Inorganic Antiperovskite Nitrides (X$_3$NA; X = Mg, Sr, Ca, Ba; A = Sb, As): An Emerging Class of Materials for Photovoltaics
Composition-dependent Thin-film Synthesis of Layered Ternary Iron Nitrides FeMN2 (M = W, Mo)
National Laboratory of the Rockies（落基山国家实验室）；Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)（韩国科学技术院）；Stanford University（斯坦福大学）；Colorado School of Mines（科罗拉多矿业学院）；Idaho National Laboratory（爱达荷国家实验室）
Synthesis and Characterization of the Ternary Nitride Semiconductor Zn$_2$VN$_3$: Theoretical Prediction, Combinatorial Screening and Epitaxial Stabilization
On the compressibility of the transition-metal carbides and nitrides alloys Zr_xNb_{1-x}C and Zr_xNb_{1-x}N
采用第一性原理全势线性缀加平面波方法，在局域密度近似下研究了岩盐结构中的4d过渡金属碳化物（ZrC，NbC）和氮化物（ZrN，NbN）及其三元合金。这些材料非常重要，因为它们具有有趣的机械和物理特性，这使它们适用于许多技术应用。在这里，通过使用一个简单的理论模型，我们估计的体积模量的三元合金Zr $_x$ Nb $_{1-x}$ C和Zr $_x$ Nb $_{1-x}$ N的体积模量的终端成员单独。计算结果与第一性原理计算的结果相当。
Physical Properties and Thermal Stability of Zirconium Platinum Nitride Thin Films
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；Laboratory for Nanometallurgy, Department of Materials, ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院材料系纳米冶金实验室）；Ion Beam Physics, Department of Physics, ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院物理系离子束物理）
Universal effect of ammonia pressure on synthesis of colloidal metal nitrides in molten salts
Pritzker School of Molecular Engineering, University of Chicago（芝加哥大学普里茨克分子工程学院）；Interdisciplinary Materials Science Program, Vanderbilt University（范德堡大学交叉材料科学项目）；Department of Chemistry and James Franck Institute, University of Chicago（芝加哥大学化学系和詹姆斯·弗兰克研究所）；Department of Chemistry, Northwestern University（西北大学化学系）；Center for Nanoscale Materials, Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室纳米材料中心）；Department of Chemical and Biomolecular Engineering, Vanderbilt University（范德堡大学化学与生物分子工程系）
Kernel Learning Assisted Synthesis Condition Exploration for Ternary Spinel
University of Toronto（多伦多大学）；Acceleration Consortium（加速联盟）；National Research Council Canada（加拿大国家研究委员会）；Clean Energy Innovation Research Center（清洁能源创新研究中心）
Exploration of the Microstructure Space in TiAlZrN Ultra-Hard Nanostructured Coatings
Ti $_{1-x-y}$ Al $_{x}$ Zr $_{y}$ N立方合金在25-70\% Al成分范围内由于高温下的亚稳相变途径而具有高的时效硬化能力。因此，它们是超硬纳米涂层材料的理想候选者。越来越多的证据表明，这种效果与弹性化学场诱导的相分离成成分分离的纳米立方氮化物相有关。在这里，我们研究了在1200 $^\circ$ C的调幅区域内的伪三元系的微观结构的演变，通过使用弹性化学相场模型。我们的模拟表明，氮化物纳米畴之间的弹性相互作用不仅极大地影响微观结构的形态，而且局部化学相平衡。在富铝区域的组合物空间中，我们进一步观察到富AlN相转变成其平衡纤锌矿晶体结构的发病。这项工作指出了这些氮化物系统可能获得的广泛的微观结构，并且它们的定制可能导致过渡金属氮化物基涂层材料的性能的显着改善。
Are diffusion models ready for materials discovery in unexplored chemical space?
Korea Institute of Science and Technology (KIST)（韩国科学技术院）；Seoul National University（首尔大学）；Korea Institute of Ceramic Engineering and Technology (KICET)（韩国陶瓷工程技术研究院）；Korea Institute of Advanced Study（韩国高等研究院）；University of Science and Technology (UST)（韩国科学技术院）；Kumho Petrochemical（锦湖石化）
Fully analytic implementation of density functional theory for efficient calculations on large molecules
碳和其他无机材料的类富勒烯笼和纳米管由于其可能的技术应用而目前正处于紧张的研究中。这些材料的第一原理模拟由于大量的原子而在计算上具有挑战性。我们最近开发了一种快速，变分和完全解析的密度泛函理论（ADFT）为基础的模型，允许研究系统大于那些可以使用现有的密度泛函模型进行研究。使用极化高斯基组（6- 311 G **）和ADFT，我们优化了包含超过2000个原子的碳，氮化硼和氮化铝的大富勒烯，富勒烯状笼和纳米管的几何形状。使用近39000个轨道基函数计算C2160是迄今为止在该理论水平上报道的任何孤立分子的最大计算，并且它包括完整的几何优化。研究了无机笼和其他碳富勒烯的电子结构相关性质。
