Precursor-Dependent Energetics as a Predictive Principle for Polymorph Selection in Thin Films
Ajou University（延世大学）；Washington University in St. Louis（圣路易斯华盛顿大学）；Sungkyunkwan University（成均馆大学）
通过整合第一性原理反应能学与基底相互作用，建立了前驱体依赖反应能学与多形可及性之间的定量框架，揭示了前驱体化学对多形选择的调控机制。
2026-03-19 cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Investigation of Mechanical, Lattice Dynamical, and Thermodynamic Properties of BaTiO3 Polymorphs
本研究通过原理计算探讨了BaTiO3多形体的机械、晶格动力学和热力学性质，发现其具有高稳定性和应用潜力，适用于多种高温和恶劣环境下的工程领域。
2025-12-09 cond-mat.mtrl-sci
Lattice thermal conductivities of two SiO$_2$ polymorphs by first-principles calculation and phonon Boltzmann transport equation
两种SiO $_2$多晶型物的晶格热导率，即，采用第一性原理非简谐声子计算和线性化的声子Boltzmann输运方程，研究了$α$ -石英（低）和$α$ -方石英（低）的声子输运。虽然$α$ -石英和$α$ -方石英具有相似的声子态密度，但声子群速度和寿命的声子频率依赖性不同，这导致晶格热导率的各向异性大不相同。对于$α$ -石英和$α$ -方石英，声子寿命的分布，有效地确定晶格热导率的能量和动量守恒的三个声子散射加权声子占据数和一个参数，代表的声子-声子相互作用强度。
2018-04-09 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of structural stability, dynamical and mechanical properties of Li2FeSiO4 polymorphs
Li 2FeSiO 4具有较高的理论容量（330 mA h/g），是下一代锂离子电池的重要替代正极材料。然而，它的发展面临着结构复杂和离子导电性差的重大挑战。在目前的工作中，潜在的正极材料Li 2FeSiO 4及其多晶型的相对稳定性，电子结构，热力学和机械性能进行了研究，通过最先进的密度泛函计算。在11个结构安排考虑的结构优化计算，实验已知的单斜P21修改被发现是基态结构。压力的作用引起了一系列符合P21 -Pmn 21- I222的相变，临界压力的估计值为0.38和1.93 GPa。电子结构表明，所有考虑的多晶型物具有非金属的字符，带隙值在3.0和3.2 eV之间变化。不同多晶型物之间的能量差异很小，并且大多数这些结构是动态稳定的。另一方面，单晶弹性常数的计算表明，只有少数Li 2FeSiO 4多晶型是机械稳定的。在室温下，不同晶型的Li_2FeSiO_4的扩散系数计算表明，该材料的锂离子电导率是贫乏的。
2016-11-14 cond-mat.mtrl-sci
Polymorphism and metastability in NbN: Structural predictions from first principles
我们使用从头赝势总能量计算与平面波基组调查的多晶型NbN的各个阶段的结构能量学。特别注意的是最近发现的超导相$T_c$为16.4 K，据报道具有NbO结构类型。总能量的计算结果表明，它实际上是积极的不利NbN形成在这种立方结构，其预测的理论晶格常数是显着小于实验值。各种方法来识别一个替代结构进行了讨论。在初步的调查中，我们已经发现了两个新的结构，是积极的更有利的NbO结构。
1995-05-17 cond-mat.mtrl-sci mtrl-th
First-principles studies of ground- and excited-state properties of MgO, ZnO, and CdO polymorphs
采用基于密度泛函理论的从头计算赝势方法，采用广义梯度交换和关联修正以及投影增强波，研究了MgO，ZnO和CdO在岩盐，氯化铯，氧化锌和纤锌矿结构中的结构，能量，电子和光学性质.在MgO的情况下，我们还研究了砷化镍结构和石墨相。研究了岩盐（MgO，CdO）和纤锌矿（ZnO）基态相在静水压力和双轴应变下的稳定性。我们还提出了所有多晶型物的能带结构以及伴随的介电函数。我们讨论了基态几何形状和基本间隙与氧化物中的第II族阳离子的大小的异常化学趋势的物理原因。的浅Zn3d和Cd4d电子的作用是严格审查。
2006-07-06 cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Study of Mg-Induced Phase Stabilization in Ga$_2$O$_3$ polymorphs
Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）
本研究通过第一性原理计算揭示Mg掺杂对Ga$_2$O$_3$多形体相稳定性的调控作用，发现熵驱动机制在高温或非平衡生长条件下促进γ相形成。
2026-01-21 cond-mat.mtrl-sci
First-principles based study of magnetic states and high-pressure enthalpy landscape of manganese sulfide polymorphs
利用第一性原理计算，结合特殊的准随机结构和占位控制矩阵方法，研究了硫化锰多晶型的磁有序性和压力效应.在环境条件下，MnS通常在顺磁性岩盐结构中观察到，但随着温度的降低，在恒定压力下，它变成反铁磁性。另一方面，在室温下，MnS已显示出随着压力增加而经历结构转变。在这里，我们表明，我们的方法涉及的有序/无序的本地磁矩，除了明确处理的Mn $d$ -电子的本地化产生的能带隙和本地磁矩与实验观察到的非常一致，特别是顺磁性MnS。最后，我们重点讨论了MnS在压力下的演化过程，并从其焓图中确定了在21~GPa下，从岩盐型到正交MnP型的结构转变。这种结构转变类似于一个新的稳定的，但身份不明的MnS相以前报道的实验结果。
2021-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Pressure dependent electronic properties of MgO polymorphs: A first-principles study of Compton profiles and autocorrelation functions
在密度泛函理论的框架下，采用第一性原理周期线性组合原子轨道方法，在CRYSTAL 06程序中实现，研究了压力对MgO的康普顿轮廓和自相关函数的影响.对MgO的B1、B2、B3、B4、B8_1和h-MgO多晶型物进行计算以计算晶格常数和体积模量。等温焓计算结果表明，B_4 → B_8_1、h-MgO → B_8_1、B_3 → B_2、B_4 → B_2和h-MgO → B_2的转变分别发生在2，9，37，42和64 GPa。发现B8_1到B2和B1到B2的高压转变分别发生在340和410 GPa。压力依赖性的变化主要是观察到的价电子康普顿配置文件，而核心配置文件几乎是独立的压力在所有的MgO多晶型。压力的增加导致价态康普顿分布的加宽。在所有结构中，康普顿分布的二阶导数的主极大值都向高动量侧移动。在B1到B2结构相变中动量密度的重组在转变压力之前和之后的一阶和二阶导数中可见。自相关函数的特征随着压力的增加而向低r侧移动。
2012-04-30 cond-mat.mtrl-sci
First Principles Investigation of Polymorphism in Halide Perovskites
本文利用多种泛函的第一性原理DFT高通量计算，系统研究物相、应变、八面体畸变旋转及阳离子有序对卤化物钙钛矿稳定性与光电性质的影响，并开放数据以支持机器学习和实验发现。
2023-09-28 cond-mat.mtrl-sci
Electronic band structure, Fermi surface and elastic properties of polymorphs of new 5.2K iron-free superconductor SrPt2As2 from first principles calculations
用第一性原理计算，详细研究了新的四元CaBe_2Ge_2型5.2K超导体SrPt_2As_2的结构、弹性和电子性质，并与两种不同[Pt_2As_2]（或[Pt_2As_2]）块原子构型的ThCr_2Si_2型SrPt_2As_2多晶型进行了比较.我们发现CaBe_2Ge_2型SrPt_2As_2是一个非常独特的系统，具有复杂的近费米带的2D-3D特征，以及费米表面的"中间"类型，它由具有圆柱状（2D）拓扑结构（典型的122 FeAs相）的电子口袋以及3D电子口袋和空穴口袋组成，这是ThCr_2Si_2类无铁低Tc超导体的特征。分析表明，与类ThCr_2Si_2~（122）相相比，类CaBe_2Ge_2~（122）相SrPt_2As_2的其它特征是：（1）.当导电为各向异性且主要发生在[Pt_2As_2]块时，[Pt_2As_2]和[Pt_2As_2]块对近费米区贡献的本质区别;（2）.形成强共价Pt-As键的3D系统（[Pt2As2]/[As2Pt2]嵌段的内部和之间），其负责该多晶型物的增强的稳定性，和（3）。相邻[Pt2As2]和[As2Pt2]块之间的基本电荷各向异性。我们还预测，CaBe2Ge2类SrPt2As2是机械稳定的，相对较软的材料，具有高压缩性，并将表现出韧性的方式。相反，仅含有[Pt2As2]或[As2Pt2]块的ThCr2Si2型SrPt2As2多晶型物不太稳…
2011-01-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Complex low energy tetrahedral polymorphs of group IV elements from first-principles
碳的能量景观非常复杂，拥有各种重要的亚稳相，包括金刚石，富勒烯，纳米管和石墨烯。在这种景观中寻找结构，特别是那些具有大晶胞的结构是具有挑战性的。在这里，我们使用一个组合的随机搜索策略，采用两种算法（AIRSS和RG 2），适用于连接约束的单位细胞包含多达100个碳原子。我们发现了三个低能碳多晶型物（Pbam-32，P6/mmm和I-43 d）与新的拓扑结构，包含32，36和94个原子在其原始细胞，分别。它们相对于金刚石的能量分别为96 meV/atom，131 meV/atom和112 meV/atom，这表明潜在的亚稳态。这三种碳同素异形体是机械和动态稳定的，绝缘的碳晶体具有超硬机械性能。I43 d结构具有7.25 eV的直接带隙，这是碳同素异形体家族中最宽的带隙。Pbam-32、P6/mmm和I-43 d的硅、锗和锡版本也显示出能量、动力学和机械稳定性。计算的电子性质表明，它们是潜在的半导体和光伏应用材料。
2018-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Polymorphism in Bi-based perovskite oxides: a first-principles study
在正常条件下，BiScO $_3$、BiCrO $_3$、BiMnO $_3$、BiFeO $_3$和BiCoO $_3$的块状晶体呈现钙钛矿结构的三种非常不同的变化：反极性相、沿伪立方晶胞的空间对角线具有大极化的菱面体相和具有甚至更大极化的超四面体相。为了了解这种变化的原因，我们使用遗传算法来搜索这些材料的表面能的最小值。我们的研究结果表明，这些最小值的数量是非常大的，当与典型的铁电钙钛矿如BaTiO $_3$和PbTiO $_3$相比，它们之间的精细能量平衡的结果中看到的大的结构差异。作为我们的搜索的副产品，我们已经确定了低能量的BiMnO $_3$的电荷有序结构，和几个阶段的能量是类似的BiCrO $_3$的基态。我们还发现，一个反supertetraxite相存在于散装，可能是有利的薄膜外延生长在大值的拉伸失配应变。
2018-04-06 cond-mat.mtrl-sci
Electronic Structure and Core Spectroscopy of Scandium Fluoride Polymorphs
氟化钪的结构，能量和电子性质的微观知识仍然是不完整的，尽管这种材料作为制造铝钪合金的中间体。在工作的基础上的第一性原理计算和X-射线光谱，我们评估的稳定性和电子结构的计算预测的六个ScF $_3$多晶型，其中两个对应于实验解决的单晶相。在基于密度泛函理论（DFT）的理论分析中，我们根据它们的形成能、电荷密度分布和电子性质（带隙和态密度）确定多晶型物之间的相似性。我们发现材料的低温相和高温相的结果之间存在惊人的相似性，间接证实了它们之间发生的转变主要由晶格的刚性旋转组成。有了这些知识，我们研究的X射线吸收光谱从Sc和F K-边缘对比的第一原理的结果，从解决方案的Bethe-Salpeter方程顶部的全电子DFT与高能量分辨率的荧光检测测量。计算结果的分析揭示了电子起源的吸收最大值，并提供了信息的突出的激子效应，表征所有光谱。与测量结果的比较证实，样品主要由高温和低温多晶型的ScF $_3$。然而，实验结果中的一些细节表明，探测的粉末样品可能含有缺陷和/或残留的亚稳多晶型物的痕迹。
2023-03-03 cond-mat.mtrl-sci
New Polymorphs of Two-Dimensional Indium Selenide with Enhanced Electronic Properties
二维（2D）半导体硒化铟（InSe）由于其独特的电子能带结构、高的电子迁移率和通过改变层厚度实现的其带隙能量的宽的可调谐性而引起了极大的兴趣。所有这些特性使得2D InSe成为先进电子和光电应用的潜在候选者。在这里，我们报告的发现新的多晶型的硒化铟增强电子性能。使用一个全球性的结构搜索，结合人工群智能与第一原理充满活力的计算，我们确定由一个中心对称的单层属于点群D $_{3d}$，不同的著名的多晶型物的基础上缺乏反转对称的D $_{3h}$单层。新的多晶型物是结晶学和动力学稳定的，并且与已知的多晶型物相比表现出更宽的光谱响应和更大的电子迁移率。我们讨论的机会，合成这些新发现的多晶型和可行的路线，以确定它们的X-射线衍射，拉曼光谱和二次谐波产生实验。
2020-04-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phase Stability and Properties of Manganese Oxide Polymorphs: Assessment and Insights from Diffusion Monte Carlo
本文采用固定节点扩散蒙特卡罗（DMC）方法对锰氧化物的岩盐和锌盐结构的多晶型能序和性质进行了分析。氧化锰是一种相关的反铁磁材料，已被证明在各种方法中从第一原理建模具有挑战性。与传统的密度泛函理论和一些混合泛函不同，固定节点扩散蒙特卡罗发现岩盐结构比锌盐结构更稳定，从而恢复正确的能量顺序。根据DMC和其他电子结构描述的波函数的位点分辨电荷波动的分析提供了在其他理论中缺失的元素的见解。虽然DMC内计算的带隙与锌多晶型物具有较低带隙的预测一致，但带隙本身高估了报告的实验值。
2015-12-10 cond-mat.mtrl-sci
Efficient First-Principles Framework for Overdamped Phonon Dynamics and Anharmonic Electron-Phonon Coupling in Superionic Materials
提出基于非谐特殊位移法的从头算准静态多形态框架，用于描述超离子导体中的局域无序、非谐性和电子-声子耦合，以Cu2Se为例验证了过阻尼振动、1.0 eV带隙开启及带隙随温度变窄，为高效电子结构计算开辟道路。
2025-07-09 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Superionicity and Polymorphism in Calcium Fluoride at High Pressure
我们提出了一个相结合的实验和计算的第一性原理研究的超离子和结构性质的CaF 2在高P-T条件。我们观察到一个异常的超离子行为在低磷萤石相，包括在正常->超离子临界温度的压缩降低。这种意想不到的效果可以解释的P-诱导软化的区域边界$X$声子，其中涉及专门氟位移。此外，我们发现，超离子导电性是不存在的高P cotunnite相。相反，超离子性发展在一个新的低对称性高T相，我们确定为单斜（空间群P2_1/c）。我们讨论了观察这些有趣的现象在相关的同构材料的可能性。
2014-09-18 cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Study of InVO4 under Pressure: Phase Transitions from CrVO4- to AgMnO4-Type Structure
采用第一性原理计算研究了InVO_4化合物在压力下的性质。在这项工作中，进行总能量计算，以分析的结构行为的实验已知的多晶型的InVO 4：a-MnMoO 4型（I），CrVO 4型（III），和黑钨矿（V）。此外，在本文中，我们提出了我们的结果，这种化合物的稳定性超出了实验所达到的压力。我们提出了一些新的高压相的基础上研究的13个可能的候选人。用准谐波近似计算了300 K时的相变序列：CrVO_4型，III（括号中给出了相变压力）->黑钨矿，V（4.4 GPa）-> raspite，VI（28.1 GPa）-> AgMnO_4型，VII（44 GPa）。状态方程和声子频率作为压力的函数已被计算所研究的阶段。为了确定每个阶段的稳定性，我们还报告了沿布里渊区的声子色散和最稳定的多晶型物的声子态密度。最后，电子能带结构的低压和高压阶段的研究多晶型物，以及通过使用HSE 06混合泛函的带隙的压力演化。
2017-06-09 cond-mat.mtrl-sci
Efficient first-principles modeling of complex molecular crystals at sub-chemical accuracy
Flatiron Institute（平顿研究所）；University of Chicago（芝加哥大学）；University of Washington（华盛顿大学）；University of Cambridge（剑桥大学）；University College London（伦敦大学学院）；Università di Napoli Federico II（那不勒斯费德里科二世大学）；Budapest University of Technology and Economics（布达佩斯技术与经济大学）
本文提出一种结合相关波函数理论和多体展开的高效框架，实现复杂分子晶体的亚化学精度预测，提升高通量筛选效率。
2026-03-02 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Diverse polymorphs and phase transitions in van der Waals In$_2$Se$_3$
本研究开发高精度机器学习势探索范德华In$_2$Se$_3$复杂相空间，发现多个新多型体变体，直接观察到温压条件下的相变并构建首张从头算相图，揭示应变诱导可逆相变，为新型电子器件设计提供原子级见解。
2025-06-26 cond-mat.mtrl-sci
Low-symmetry polymorph of GaP upends bonding paradigms of metallic high-pressure III-V compounds
该研究以GaP为对象，通过X射线微衍射和第一性原理计算发现其高压II相为有序底心单斜结构，颠覆了八隅体高压相有序性的传统认知，为相关化合物多晶型及性质调控研究提供了新方向。
2024-04-11 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Polymorphism of Bulk Boron Nitride
氮化硼（BN）是一种具有出色技术前景的材料，因为它具有出色的热化学稳定性、结构、电子和导热性能以及极高的硬度。然而，其最常见的多晶型物（类金刚石立方和类石墨六方）的相对热力学稳定性尚未得到满意的解决，因为在高温和高压下形成BN相的动力学因素（实验），以及竞争结合，静电和多体分散力在BN凝聚力（理论）中发挥了至关重要的作用。这种缺乏理解阻碍了潜在技术应用的发展，并挑战了基础科学的边界。在这里，我们使用高层次的第一性原理理论，正确地再现所有重要的电子相互作用（绝热连接波动耗散定理在随机相位近似），以前所未有的精度估计BN多晶型之间的能量差异，从而克服了精度障碍，阻碍了以前的理论研究。我们表明，基态相BN是立方和经常观察到的六方晶型变得熵稳定的立方温度略高于环境条件（$T_{\rm c \to h} = 335 \pm 30$ K）。我们还揭示了一个低对称性的单斜相，这是非常具有竞争力的其他低能量的多晶型物，这可以解释实验观察到的“压缩h-BN”相的起源。因此，我们的理论研究结果应刺激新的实验工作，在散装BN以及促进使用高层次的理论在建模技术相关的范德华材料。
2018-12-11 cond-mat.mtrl-sci
Unfolding method for the first-principles LCAO electronic structure calculations
将超级晶胞的能带结构展开到正常晶胞，使我们能够研究对称性破坏者如表面和杂质如何扰动正常晶胞的能带结构。将基于Wannier函数的展开方法推广到原子轨道线性组合（LCAO）方法，并给出了计算展开谱权的一般公式. LCAO基组是理想的展开方法，因为不变性，分配给每个原子物种的基函数是不变的，无论表面和杂质的存在。展开谱权由LCAO基函数的性质定义。作为该性质的交换，必须考虑LCAO基函数的非正交性。我们展示了如何非正交性可以适当地纳入一般公式。作为该方法的一个例子，我们计算的色散量子化的光谱权重的ZrB2板，并显示出强大的光谱展宽的面外方向，展示了有用的展开方法。
2013-05-17 cond-mat.mtrl-sci
Three metallic BN polymorphs: 1D multi-threaded conduction in 3D network
本文通过第一性原理计算提出了三种新型金属sp2/sp3杂化氮化硼（BN）多晶型。其中之一，命名为tP-BN，是基于进化粒子群结构搜索预测。TP-BN由两个互锁的环构成，形成管状3D网络。稳定性和能带结构计算表明，tP-BN在零压下是亚稳的金属。态密度和电子轨道的计算证实了金属性来源于sp2杂化的B和N原子，并在三维网络中形成一维线性导电通道。根据原子结构与电子性质之间的关系，人工构建了另外两种亚稳金属sp2/sp3杂化BN结构。电子性质计算表明，这两种结构都具有沿不同轴向的一维导电沟道。在这项研究中预测的多晶型丰富的结构和BN化合物的导电机制提供了不同的图片。
2019-12-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional Penta-NiPS Sheets: Two Stable Polymorphs
新的和稳定的二维（2D）材料的发现与奇异的性能是必不可少的技术进步。受最近报道的penta-PdPSe的启发，我们基于第一性原理计算提出penta-NiPS作为penta-2D材料的新成员。五-NiPS单层是稳定的，在两个多晶型物，包括α相具有相同的结构作为五-PdPSe，和新提出的β相旋转的子层。综合分析表明，这两个阶段是结晶，动力学，机械和热稳定。penta-NiPS是一种软质材料，α相的二维杨氏模量为Ea=208 Nm^-1和Eb=187 Nm^-1，β相的二维杨氏模量为Ea=184 Nm^-1和Eb=140 Nm^-1。有趣的是，α-penta-NiPS沿着面内方向显示出几乎为零的泊松比，其中当被延伸时其尺寸将保持不变。对于电子应用，我们证明了penta-NiPS是宽带隙半导体，α相的间接带隙为2.35 eV，β相的间接带隙为2.20 eV。
2022-10-15 cond-mat.mtrl-sci
Accurate and efficient computation of optical absorption spectra of molecular crystals: the case of the polymorphs of ROY
在用第一性原理计算分子晶体的吸收光谱时，晶体环境对激发态的影响是非常重要的。然而，对于这样的系统，由于所涉及的相对大的系统尺寸，精确地描述激励的方法在计算上可能是禁止的。在这项工作中，我们展示了一种方法，使光学吸收光谱计算效率高，精度高。我们的方法是基于光谱弯曲方法成功地应用于溶剂中的分子。它涉及使用半局部TDDFT计算全分子晶体的超晶胞的吸收光谱，然后使用来自孤立二聚体的小规模半局部和混合TDDFT计算的变换来扭曲光谱。我们证明了这种方法的权力对三个多晶型的著名的彩色多晶型化合物ROY，并发现它优于小规模的混合TDDFT二聚体计算和大规模的半本地TDDFT超胞计算，当与实验相比。
2021-07-02 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Substrate-mediated Borophane Polymorphs through Hydrogenation of Two-dimensional Boron Sheets
二维硼单分子层材料由于其结构的灵活性、可调的电学和力学性能而从众多的同素异形体材料中脱颖而出。原始硼氢化物多晶型物的稳定性可能通过用原子氢氢化（称为硼氢化物）来改善。然而，精确的吸附结构和潜在的机制仍然是难以捉摸的。采用第一性原理计算，我们证明了最佳配置的独立borophane和金属衬底上生长的。对于独立的β12和χ3硼烯，能量上有利的氢吸附位点在CN=4（CN：配位数）的硼原子的顶部，而α'硼烯的最佳吸附位点在CN=6的硼原子的顶部。与各种金属基板，硼氢化物的氢化配置调制显着，归因于Bpz和HS轨道之间的化学杂化强度。这些发现提供了一个深刻的洞察氢化硼烯和促进稳定的二维硼多晶型物的工程氢吸附位点和浓度。
2022-05-30 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
First-principles evaluation of Multi-valent cation insertion into Orthorhombic V$_2$O$_5$
对多价阳离子在正交晶系V $_2$ O $_5$中的插入行为进行了系统的第一性原理研究。计算了$α$和$δ$多晶型物中Li $^+$、Mg $^{2+}$、Zn $^{2+}$、Ca $^{2+}$和Al $^{3+}$的层间距、电压、相稳定性和离子迁移率。
2015-07-22 cond-mat.mtrl-sci
Crystal Structure Prediction of Molecular Crystals from First Principles: Are we there yet?
精确的分子晶体结构预测是学术和工业凝聚态研究的基本目标，而多晶型可以说是这一过程中的最大障碍。我们在反复研究、大量使用的氨基酸甘氨酸的困难情况下解决了这一挑战，甘氨酸的相变仍然鲜为人知，我们通过这个例子说明了该领域的当前状态。我们证明，结构搜索算法的最新进展与密度泛函理论中范德华相互作用描述的最新进展相结合，由数据挖掘分析支持，使预测能力飞跃：我们在没有先前经验输入的情况下，解析甘氨酸的所有已知相，以及之前未解决的$ζ$相的结构，经过十年的实验观察[Boldyreva et al. \textit{Z. Kristallogr.} \textbf{2005,} \textit{220,} 50-57]。对完善的$α$阶段的搜索反而揭示了探索多态环境中剩余的挑战。
2016-05-03 cond-mat.mtrl-sci
First-principles Study of Phonon Lifetime and Low Lattice Thermal Conductivity of Monolayer γ-GeSe: A Comparative Study
硒化锗（GeSe）是一种独特的二维（2D）材料，在环境条件下表现出各种稳定的多晶型。最近，合成了一种具有层状六方晶格的新相（γ-GeSe），其环境稳定性和非凡的电子电导率甚至高于石墨，而其单层是半导体的。本文利用第一性原理推导的力常数和Boltzmann输运理论，研究了单层γ-GeSe的晶格热导率（κ_l），并与单层α-GeSe和单层β-GeSe进行了比较。γ相的κ_l较低（5.50 W/mK），与α相和β相的κ_l相当。α-GeSe中的声学分支与光学分支很好地分离，限制了相空间中的散射通道，而对于\b{eta} -GeSe和γ-GeSe，声学分支与低频光学分支共振，促进了更多的声子-声子散射。对于γ-GeSe，累积κ_l是各向同性的，声子代表平均自由程（rMFP）最短（17.07 nm），表明γ相的κ_l受样品尺寸的影响较小，而α-GeSe的累积κ_l随平均自由程的增加而缓慢增长，rMFP较长（Z字形和扶手椅形方向分别为20.56和35.94 nm），显示出较强的κ_l尺寸依赖性。我们的工作表明，GeSe多晶型物具有整体低热导率，是热电和热管理应用的有前途的竞争者。
2022-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Data-efficient fine-tuning of foundational models for first-principles quality sublimation enthalpies
提出基于基础MACE-MP-0模型微调的数据高效协议，仅需几十个训练结构即可在有限温度和压力下实现亚-kJ/mol精度的升华焓预测，为分子晶体稳定性预测提供了高精度新途径。
2024-05-30 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Comment on "High-pressure phases of group-II difluorides: Polymorphism and superionicity"
Nelson等人[Phys. Rev. B 95，054118（2017）]最近报告了第二族二氟化物（BeF $_{2}$、MgF $_{2}$和CaF $_{2}$）在高压、低温和高温条件下行为的第一性原理计算。计算是基于从头算随机结构搜索和准谐波近似（QHA）。本文指出，尽管在高压和低温条件下的计算具有不可估量的价值，但Nelson等人提出的CaF $_{2}$的高-$P$高- $T$相图与以前的从头算分子动力学模拟的结果和现有的实验数据都不定性一致。因此，我们得出结论，QHA为基础的方法采用纳尔逊等人。不能可靠地适用于相边界的研究，涉及超离子相。这一结论进一步证实了额外的ab initio计算中进行的超离子化合物SrF $_{2}$，BaF $_{2}$，Li $_{3}$ OCl，和AgI。
2018-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Theoretically proposed another stable polymorph of two-dimensional penta-PdPSe
新的和稳定的2D penta材料的理论发现刺激了技术进步，由于这种结构的预期奇异性质，包括最近基于第一性原理计算的penta-NiPS的$α$相和$β$相。受理论上提出的penta-NiPS和实验合成的penta-PdPSe（$α$相）之间的相似性的启发，我们在此提出了$β$相penta-PdPSe作为penta-2D材料的新成员。综合分析表明，$β$相penta-PdPSe在化学、动力学、机械和热稳定性方面与NiPS类似物相似。发现$β$ penta-PdPSe是具有1.58 eV的间接带隙的宽带隙半导体，显著低于$α$相的2.15 eV。此外，penta-PdPSe的两种多晶型物是具有$E_a$ = 151 Nm $^-1$和$E_b$ = 123 Nm $^-1$（对于$β$相）的2D杨氏模量的软材料，与$E_a$ = 155 Nm $^-1$和$E_b$ = 113 Nm $^-1$（对于$α$相）进行比较。计算的吸附系数表明，$β$相penta-PdPSe是可接受的电子和光学纳米器件。
2022-11-12 cond-mat.mtrl-sci
Non-equilibrium BN-ZnO: Optical properties and excitonic effects from first principles
氧化锌（ZnO）的非平衡氮化硼（BN）相已被报道用于薄膜和纳米结构，然而，由于持续的争议，阻止了其原子坐标的实验结果和第一原理结果的协调，因此其性质并没有得到很好的理解。我们使用第一性原理理论光谱学来精确计算电子和光学性质，包括单准粒子和激子效应：使用密度泛函理论，混合泛函和$GW$近似计算能带结构和态密度。通过求解光学偏振函数的Bethe-Salpeter方程，计算了精确的光学吸收谱和激子结合能。使用这些数据，我们表明，BN-ZnO和纤锌矿（WZ）ZnO之间的带隙差异同意非常好的实验时，使用的理论晶格几何形状，但显着不同意的实验原子坐标。我们还表明，BN-ZnO的光学各向异性显着不同的WZ-ZnO，允许光学区分这两种多晶型。通过使用传输矩阵法求解由这两种多晶型物组成的薄膜的麦克斯韦方程组，我们说明，这开辟了一条有前途的路线，用于调谐光学性质。
2017-12-19 cond-mat.mtrl-sci
First-principles thermodynamics of CsSnI3
CsSnI3是能量收集技术的一种有前途的环保解决方案。它在室温下以黑色钙钛矿多晶型物或黄色1D双链存在，在空气中不可逆地恶化。在这项工作中，我们揭示了两种结构之间的相对热力学稳定性与CsSnI3有限温度相图的第一性原理采样，发现它是如何驱动的巨大的量子和非谐离子波动。由于非谐性的综合治疗，模拟提供了一个显着的协议与已知的实验数据的正交，菱形，立方钙钛矿结构的转变温度和热膨胀系数。我们公开了钙钛矿多晶型物是如何在\SI{270}{\kelvin}之上处于基态的，并且发现在立方黑色钙钛矿中加热时热容的异常降低。我们的研究结果也显着淡化Cs+振动模式的机械不稳定性的贡献。与实验的显着协议验证了我们的方法，它可以系统地适用于所有的金属卤化物。
2023-01-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Hydrogen Ordering and New Polymorph of Layered Perovskite Oxyhydrides: Sr2VO4-xHx
采用高压固相反应法合成了无阴离子空位的组成可调的钒氧化合物Sr 2 VO 4-xHx（x = 0 ~ 1）。通过粉末中子衍射、同步辐射X射线衍射、热脱附光谱和第一性原理密度泛函理论（DFT）计算表征了其晶体结构和性质。氢阴离子通过在低x区域（x < 0.2）的氢的统计替代选择性地替代VO 6层中的赤道氧位置。一种新的正交相（Imm），具有几乎完全氢有序的结构，由x > 0.7的K2 NiF 4型四方相形成。基于DFT计算，氧/氢阴离子的有序程度与钒和配体之间的成键相互作用密切相关。
2014-05-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.chem-ph
Confinement effects in ultra-thin ZnO polymorph films: electronic and optical properties
基于广义梯度和混合第一性原理模拟，本文对ZnO超薄膜的电性质进行了全面的表征，分别沿体心四面体（010）、立方烷（100）、h-BN（0001）、闪锌矿（110）、纤锌矿（10 $\bar{1}$ 0）和（0001）取向切割。局域态密度的特性进行了分析，在马德隆势的减少欠配位原子和表面状态/共振出现在VB的顶部和底部的CB。发现薄膜中的间隙宽度大于相应块体中的间隙宽度，这归因于量子限制效应。测定了薄膜的高频介电常数分量，计算了薄膜的吸收光谱。由于从表面共振或到表面共振的过渡，它们显示出刚好高于吸收阈值的特定特征。这项研究提供了第一次了解有限的尺寸效应的ZnO薄膜的电子性质和基准，这是有望通过光谱技术促进超薄膜的实验表征。
2016-03-14 cond-mat.mtrl-sci
Programmable phase selection between altermagnetic and non-centrosymmetric polymorphs of MnTe on InP via molecular beam epitaxy
本研究利用 InP（111）A/B 表面终止差异，在 MBE 生长中可编程选择 MnTe 的 NiAs 反铁磁相或 ZnS 非中心对称相，并结合表征与第一性原理揭示界面稳定机制。
2025-07-24 cond-mat.mtrl-sci
Coexistence of Antiferromagnetic Cubic and Ferromagnetic Tetragonal Polymorphs in Epitaxial CuMnSb
本文通过实验与第一性原理计算揭示了外延CuMnSb薄膜中反铁磁立方α相与铁磁四方β相在纳米尺度共存的现象，并阐明了外延稳定β相的能量条件、铁磁耦合机制及MnCu反位缺陷的影响，为利用共存多晶型实现互补功能材料提供了实用路径。
2024-05-29 cond-mat.mtrl-sci
Computational Discovery of Metastable NaMnO$_2$ Polymorphs as High-Performance Cathodes with Ultralow Na$^+$ Migration Barriers
通过从头算进化算法发现两种亚稳态NaMnO$_2$多晶型物，其中Cmcm相具有创纪录的低Na$^+$迁移势垒（0.27–0.39 eV）和更高电压，有望成为高性能钠离子电池正极材料。
2025-06-22 cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Thermodynamic Analysis of Ternary Chalcogenide Phase Change Materials
University of Maryland（马里兰大学）；Institute for Research in Electronics and Applied Physics, University of Maryland（马里兰大学电子与应用物理研究所）；Maryland Energy Innovation Institute, University of Maryland（马里兰大学马里兰能源创新研究所）
本文基于Ostwald规则提出热力学框架，通过第一性原理计算评估三元硫化物混合物的热力学性质，发现几种有潜力的相变材料候选物。
2026-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Two-dimensional Boron Monosulfides: Semiconducting and Metallic Polymorphs
典型的二维半导体材料\uppercase \expandafter{\romannumeral3A}族硫属化合物由于其优异的电学、力学和化学性能而引起了人们的极大兴趣。然而，到目前为止，几乎没有关于一硫化硼（BS）二元材料的报道。在这里，四个二维BS片，即$α$ -，$β$ -，$γ$ -，和$δ$片，提出并讨论了从$\emph{ab initio}$计算。最先进的第一性原理计算表明，所有这些结构都是热稳定和动态稳定的，表明成功的实验合成的潜力。特别是对于$α$ -BS，计算出的剥离能为0.96 J m $^{-2}$，表明通过剥离块状菱面体-BS制备$α$ -BS是可行的。结果表明，$α$ -，$β$ -，$γ$ -BS是半导体体系，而$δ$ -BS是金属体系.值得注意的是，我们的计算表明，$δ$是一个超导体，具有大的电子-声子耦合（$λ$ = 1.51）导致高的超导临界温度（$T_c$ $\approx $ 21.56 K），这是所有二维群\uppercase \expandafter{\romannumeral3A}硫属化物中第一个本征超导性质的报告。所需的机械和电子性能使BS片材作为有前途的二维材料在纳米电子学中的未来应用。
2018-03-09 cond-mat.mtrl-sci
Structural stability, electronic structure, and magnetic properties of the single-layer trilayer La3Ni2O7 polymorph
Arizona State University（亚利桑那州立大学）
研究单层三重层La3Ni2O7多形的结构稳定性、电子结构和磁性，揭示其在压力下的相变行为及超导特性。
2026-01-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Polymorph-Tunable Spin Texture and Excitonic Structures in Monolayer WSi2P4
Hangzhou Dianzi University（杭州电子科技大学）；Southern University of Science and Technology（南方科技大学）；Hangzhou Institute for Advanced Study, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学杭州高等研究院）
该研究通过GW-BSE计算揭示单层WSi2P4的三种多晶型均为直接带隙半导体，且其自旋织构和激子亮度可由相结构调控，为量子光电子学提供了相可调平台。
2026-10-01 cond-mat.mtrl-sci
In search of the ground state crystal structure of Ta$_2$O$_5$ from ab-initio and Monte Carlo simulations
钽氧化物（Ta $_2$ O $_5$）的特征在于具有吸引人的物理和化学性质，例如高介电常数和抗反射行为。最近，Ta $_2$ O $_5$纳米颗粒也被提出作为用于癌症治疗的强子疗法中的相对生物有效性的可能增强剂。原则上，它们的电子性质可以从第一性原理模拟中准确地研究。然而，这些氧化物的几个稳定的多晶型的存在代表了一个主要的困难，以计算和解开各自的光谱特征。为了评估这个问题，我们使用线性响应依赖于时间的密度泛函研究的能量损失函数$\mbox{Im} (-1/\barε)$，这是一个独特的指纹的材料，在光学极限的各种多晶型。我们表明，实验反射能量损失信号可以合理化，并通过假设的$γ$ -阶段的Ta $_2$ O $_5$代表的基本结构模型的解释。我们注意到局域场效应和自旋-轨道耦合对计算这种材料的能量损失函数都是至关重要的。最后，为了进一步验证$γ$ -Ta $_2$ O $_5$多晶型物作为实验钽氧化物的模型，我们使用Monte Carlo方法计算反射能量损失谱，发现与实验数据非常吻合。
2022-03-28 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
A first-principles investigation of the equation of states and molecular "weak spots" of $β$-cyclotetramethylene tetranitramine (HMX)
采用基于密度泛函理论（DFT）的第一性原理DFT-D2方法，对环四亚甲基四硝胺（HMX）含能分子晶体$β$ -多晶型物的状态方程进行了研究.本文研究了在100 GPa压力范围内流体静压下的原子结构和状态方程。发现环短轴上的N-N键对压力的变化更为敏感，这表明它们是$β$ -HMX单分子内原子水平上潜在的“薄弱点”。我们的研究表明，范德华相互作用是至关重要的建模这种分子晶体。
2014-11-06 cond-mat.mtrl-sci
Local coordination and migration-network topology shape Li-ion transport and delithiation in the low-energy $\varepsilon$-LiMnO$_2$ polymorph
Yanshan University（燕山大学）
以低能ε-LiMnO₂为模型，结合第一性原理计算等方法，揭示0-TM基元连通性差异调控LiMnO₂多形相的Li迁移能垒与脱锂电压，为亚稳态正极设计提供依据。
2026-08-25 cond-mat.mtrl-sci
First-principles Calculations of Raman and Infrared Spectroscopy For Phase Identification and Strain Calibration of Hafnia
使用密度泛函微扰理论（DFPT），我们计算的声子频率，拉曼光谱和红外光谱的活性的多晶型物（P4 $_{2}$ nmc，Pca 2 $_{1}$，Pmn2 $_{1}$，Pbca OI，板钛矿，斜锆石）相鉴定。我们研究了拉曼和红外光谱的活动相对于外延应变的演变，并提供了作为应变的函数的频率差图，用于实验校准和鉴定样品的应变状态。我们发现了不同的多晶型物的拉曼特征：P4 $_{2}$ nmc的$ω(A_{1g})=300$ cm $^{-1}$，Pca 2 $_{1}$的$ω(A_{1})=343$ cm $^{-1}$，Pmn2 $_{1}$的$ω(B_{2})=693$ cm $^{-1}$，Pbca（OI）的$ω(A_{g})=513$ cm $^{-1}$，板钛矿的$ω(A_{g})=384$ cm $^{-1}$，斜锆石的$ω(A_{g}) = 496$ cm $^{-1}$。我们还确定了拉曼$B_{1g}$模式，偶极矩的反相振动，（$ω(B_{1g}) = 758$ cm $^{-1}$为OI，$ω(B_{1g})= 784$ cm $^{-1}$为板钛矿）作为反极性Pbca结构的拉曼特征。我们计算了纵向光学（LO）和横向光学（TO）模式（Pca 2 $_{1}$中的$Δ{ω_{\text{LO-TO}}(A^{z}_{1})}=255$ cm $^{-1}$和Pmn 2 …
2022-06-10 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study on the stability and electronic structure of monolayer GaSe with trigonal-antiprismatic structure
采用第一性原理计算研究了最近发现的一种新的多晶型--三角反棱柱（AP）结构的GaSe单层膜的结构稳定性和电子态. AP相GaSe单层被发现是稳定的，并且能量和晶格常数的差异是小的，当与传统的三角棱镜（P）结构的GaSe单层被发现是基态的计算相比。此外，它揭示了P相和AP相的GaSe单层膜的相对稳定性反转拉伸应变。这些计算结果提供了深入了解AP相的GaSe单层在外延生长的GaSe薄膜的形成机制。
2020-06-03 cond-mat.mtrl-sci
First principles calculation of vibrational Raman spectra in large systems: signature of small rings in crystalline SiO2
本文提出了一种利用密度泛函理论计算周期体系振动拉曼强度的方法。拉曼强度由电子密度矩阵相对于均匀电场的二阶导数计算。与以前的方法相比，我们的方法所需的计算工作的强度的评估是可以忽略不计的振动频率的计算所需的。作为第一个应用程序，我们研究的签名的3-和4-元环的几种多晶型SiO2的拉曼光谱，包括沸石具有102个原子每晶胞。
2002-12-04 cond-mat.mtrl-sci
Phosphorous dimerization in GaP at high pressure
使用相结合的实验和计算方法，我们表明，在43 GPa和1300 K的磷化镓采用超Cmcm结构，在这里表示其皮尔逊符号OS 24。第一性原理焓计算表明，该OS 24结构在高于约20 GPa时比其他提出的多晶型物（例如立方ZB和SC 16或普遍存在的正交Cmcm相（OS 8））更稳定。通过高分辨结构分析发现，OS 24结构的GaP具有短P-P键。首次观察到并通过从头计算证实的GaP中的这种磷二聚化揭示了超Cmcm结构的性质，并为八重态半导体的高压多态性提供了重要的新见解。键的方向性和各向异性，除了5倍磷配位，解释了这种高压结构的相对较低的对称性。
2017-09-19 cond-mat.mtrl-sci
Energetics of oxygen-octahedra rotations in perovskite oxides from first principles
我们使用第一性原理方法来研究ABO 3钙钛矿氧化物中的氧八面体旋转。我们专注于短周期，完全反相或同相，倾斜模式，表征大多数化合物和控制其物理（例如，导电、磁性）特性。基于相关的势能面的解析形式，我们讨论了呈现不同倾斜模式的多晶型物的稳定性条件，并获得了35种代表性材料的数值结果。我们的研究结果揭示了一种特殊结构频繁出现的机制，这种结构结合了反相和同相旋转，即，约一半的钙钛矿氧化物和许多非氧化钙钛矿显示出正交Pbnm相。Pbnm相受益于彼此竞争的反相和同相倾斜图案的同时发生，但不强烈到相互排斥。我们还发现，二次反极性模式，涉及A阳离子，有助于削弱不同的倾斜之间的竞争，并发挥关键作用，在他们的共存。因此，我们的结果证实并更好地解释了以前对特定化合物的观察。有趣的是，我们还发现，应变效应，这是已知的一个主要因素，在相关的阶段竞争（例如，铁电）钙钛矿氧化物，对于不同旋转多晶型物的相对稳定性不起重要作用。此外，我们讨论了为什么Pbnm结构停止的基态在两个相反的限制，大和小的A阳离子，显示非常不同的效果成为相关的在每种情况下。因此，我们的工作提供了一个全面的讨论这些所有重要的和丰富的材料，这将有助于更好地了解现有的化合物，以及确定新的战略材料工程。
2018-02-02 cond-mat.mtrl-sci
Effect of dopant ordering on the stability of ferroelectric hafnia
所有重要的化合物氧化铪（HfO2）的薄膜可以在正交铁电（FE）状态下制备，这对于例如存储器或负电容场效应晶体管中的应用是理想的。然而，这种FE状态的起源仍然是一个谜，因为从表面和尺寸效应到形成动力学，没有一种拟议的稳定机制是完全令人信服的。有趣的是，它是已知的掺杂HfO2与各种阳离子有利于FE多晶型的发生，然而，现有的第一原理的工作表明，掺杂本身是不足以稳定的极性相超过通常的非极性单斜基态。在这里，我们使用第一性原理的方法来重新审视这个问题。我们考虑两个代表性的等价替代掺杂剂，Si和Zr，并研究其在HfO2晶格内的优选排列。我们的研究结果表明，像Si这样的小原子在HfO 2的FE正交相中可以采用非常稳定的构型（在特定晶面内形成层），但在非极性单斜相中相对不那么稳定。此外，我们发现，在低浓度下，这样的掺杂剂订购产生FE基态，通常的顺电相成为一个更高的能量亚稳多晶型。我们讨论了我们的研究结果的影响，这是一个明确的一步了解铁电性HfO2。
2020-02-07 cond-mat.mtrl-sci
