Microdroplet Approach for Measuring Aqueous Solubility and Nucleation Kinetics of a Metastable Polymorph: The case of KDP Phase IV
本文提出一种快速微流控技术，以KDP Phase IV为模型测量亚稳态多晶型的水溶解度，结合成核时间测量与Mersmann计算获得界面能，并利用经典成核理论建模揭示稳定相与亚稳相在不同过饱和度下的竞争规律，为矿物加工与制药工业提供新见解。
2023-09-14 cond-mat.mtrl-sci
Computational Determination of Optimal Growth Protocols for Metastable Polymorphs
Institute of Solid State Physics, Graz University of Technology（格拉茨工业大学固体物理研究所）
研究如何优化随时间变化的温度和压力协议以促进亚稳表面多晶型体的高产形成。结合动力学蒙特卡罗模拟等方法，应用最优控制理论预测生长方案，提高目标结构产量。
2026-07-07 cond-mat.mtrl-sci
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
The role of disorder in the synthesis of metastable zinc zirconium nitrides
在材料科学中，通常认为由密度泛函理论预测的基态晶体结构是最容易合成的多晶型物。三元氮化物材料，具有许多可能的亚稳多晶型物，提供了丰富的材料空间来研究什么影响热力学稳定性和多晶型物的可合成性。例如，理论上预测ZnZrN 2在零开尔文下具有不寻常的层状“wurtsalt”基态晶体结构，具有引人注目的光电性质，但尚不清楚这种结构是否可以在实际合成条件下通过实验实现。在这里，我们使用组合溅射法合成了数百个ZnxZr 1-xNy薄膜样品，并发现亚稳态岩盐衍生或氮化硼衍生的结构，而不是预测的wurtsalt结构。使用统计多晶型取样器的方法，它表明，虽然岩盐是最不稳定的多晶型在零开尔文，它成为最稳定的多晶型在高有效温度下类似于那些使用这种溅射沉积方法，从而证实了实验结果。额外的计算表明，这种不稳定的wurtsalt多晶型物是由于构型熵和热效应，振动的贡献可以忽略不计。具体而言，岩盐和氮化硼衍生的结构成为最稳定的多晶型物中存在的障碍，因为更高的容忍度的阳离子交叉取代和非化学计量比wurtsalt结构。这种对无序耐受性在竞争多晶型物合成中的作用的理解可以使可合成的晶体结构及其可实现的材料性质的更准确的预测成为可能。
2022-03-12 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Metastable polymorphic phases in monolayer TaTe2
该研究首次在MBE生长的单层TaTe2中观测到1H多晶型相与1T相共存，证明可通过调节合成参数控制两相覆盖比例，并揭示Te-Te与Ta-Ta相互作用平衡决定相稳定性，表明TaTe2是研究竞争性相互作用的理想平台。
2023-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Ge$_{136}$ type-II clathrate as precursor for the synthesis of metastable germanium polymorphs: a computational study
本文用\textit{ab initio}小胞元方法研究了不同温度和压力下笼形II型结构Ge（CF 136）的压缩响应。在较低压力$p$ =2.5 GPa下，亚稳金属bct-5相与在较高压力下形成的$β$ -Sn Ge（tI 4）竞争。在降低温度时，从Ge $_{136}$获得的无定形中间体的存在更加明显，并且有助于形成更致密的结构图案，由此可以形成金属bct-5。其中，各向异性盒波动促进相形成。使用一组拓扑描述符，包括协调序列和环统计数据的metadaptics运行进行了深入分析。在结构景观的历史和无定形中间体的差异是至关重要的选择性形成特定的亚稳多晶型物，对把晶体结构的预测变成实际的材料。
2022-08-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.comp-ph
Vibrational properties of metastable polymorph structures by machine learning
尽管振动性能是至关重要的从头计算预测的有限温度稳定性和输运性质的固体，其列入从头计算材料库已被昂贵的计算要求所阻碍。在这里，我们解决的挑战，通过显示，一个很好的估计力常数和振动特性，可以快速实现从原子平衡位置的知识，使用机器学习。在$_3$的121个亚稳结构上训练的随机森林算法对于原子间力常数的最大绝对误差为0.17 eV/ $\textrmÅ^2$，并且它比训练这种化合物的完整力场便宜得多。预测的力常数，然后用来估计声子的光谱特征，热容量，振动熵，振动自由能，比较以及与从头算。该方法可用于有限温度下稳定性的快速估计。
2018-03-26 cond-mat.mtrl-sci
An Investigation in the Kinetic Persistence of TiO$_2$ Polymorphs using Machine Learning Driven Pathfinding in Crystal Configuration Space
University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）
本文通过机器学习方法研究TiO₂多形在真实合成条件下的动能持久性，探讨了潜在能景观地形与多形体动能持久性之间的关系，提出了新的路径寻找方法。
2026-04-16 cond-mat.mtrl-sci
Interplay of the disorder and strain in gallium oxide
离子辐照是调节半导体，特别是氧化镓（Ga 2 O3）的性质的有力工具，氧化镓是一种有前途的超宽带隙半导体，对于足够高的应变/无序水平表现出相不稳定性。在本文中，我们观察到一个有趣的单斜\b{eta} -Ga_2 O_3单晶的无序和应变之间的相互作用，通过比较原子和团簇离子照射以及原子离子共注入。结合沟道技术、X射线衍射和理论计算得到的结果表明，\b{eta} -Ga_2 O_3中的无序积累与碰撞级联密度呈超线性关系。此外，注入区中的应变水平可以通过改变近表面层中的无序条件来设计。结果可用于更好地理解的辐射效应在\b{eta} -Ga 2 O 3和暗示，无序/应变相互作用提供了额外的自由度，以保持理想的应变Ga 2 O 3，可能适用于修改该材料中的多态性转变的速率。
2022-09-13 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
First-Principles Study of Recombination-Enhanced Migration of an Interstitial Magnesium in Gallium Nitride
本文通过第一性原理计算发现GaN中填隙Mg存在两种新的亚稳复合体，并揭示费米能级接近导带时通过连续俘获两个电子的复合增强机制可将Mg迁移能垒从1.95 eV降至1.47 eV，与实验一致。
2024-05-02 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
Nucleation of a stable solid from melt in the presence of multiple metastable intermediate phases: Wetting, Ostwald step rule and vanishing polymorphs
在许多系统中，稳定固体的成核可以在其他（通常多于一个）亚稳相的存在下发生。这些可以是多晶型固体或甚至液相。在这种情况下，从熔体中的固相的成核可以通过亚稳相来促进，因为后者可以“润湿”母相和子相之间的界面，即使在母液和稳定固相的热力学性质中可能没有亚稳相存在的标志。经典成核理论（CNT）的直接应用在这里是有缺陷的，因为它高估了成核势垒，因为表面张力被高估（通过忽略中间级的亚稳相），而子相和母相之间的热力学自由能隙保持不变。在这项工作中，我们讨论了一个密度泛函理论（DFT）为基础的统计力学方法来探索和量化这种促进。我们构建了一个简单的序参量依赖的自由能表面，然后使用DFT计算（i）序参量分布，（ii）整体成核自由能垒和（iii）之间的表面张力的母液和亚稳固体，也母液和稳定的固相。该理论确实发现，在润湿的存在下，成核自由能垒可以显着降低。这种方法可以提供一个微观解释的奥斯特瓦尔德步骤规则和著名的现象“消失的多晶型”，取决于温度和其他热力学条件。理论揭示了相变动力学的不同场景，其中一些可以通过现代纳米合成方法进行探索。
2013-04-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
van der Waals forces stabilize low-energy polymorphism in B2O3: Implications for the crystallization anomaly
最近预测的，从来没有合成，B $_2$ O $_3$多晶型的结合能和结构特性进行了研究，从第一性原理使用密度泛函理论和高精度多体方法，即随机相近似和量子蒙特卡罗。我们表明，范德华力在使实验已知的多晶型物（B $_2$ O $_3$ -I）的能量最低，许多竞争亚稳结构只躺在几千卡/摩尔以上的关键作用。值得注意的是，所有亚稳晶体在能量和密度上都与玻璃相当，同时具有各向异性和机械柔软的结构。此外，根据我们的稳定性标准，最佳亚稳多晶型物具有在玻璃和最近合成的硼硫酸盐化合物中发现的结构基序。我们的发现为理解B $_2$ O $_3$的反常行为提供了新的视角，即它在玻璃态结构中的玻璃化倾向与已知晶体截然不同。
2019-06-25 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Experimental and theoretical study of stable and metastable phases in sputtered CuInS${_2}$
黄铜矿型Cu（In，Ga）S ${_2}$由于在叠层太阳能电池中的潜在应用，近年来引起了人们的新的兴趣。在这方面的贡献，一个相结合的理论和实验方法，适用于研究稳定和亚稳相形成的CuInS ${_2}$（CIS）薄膜。从头计算进行，以获得形成能，X射线衍射图，和拉曼光谱的CIS多型体和相关化合物。多个CIS结构与锌的钙钛矿和纤锌矿衍生的晶格被确定和它们的XRD/拉曼光谱图显示包含重叠的功能，这可能会导致错误识别。采用二元靶溅射和高温硫化两步法制备了富铜到贫铜的薄膜。发现当用这种方法生长材料时，形成几种CIS多晶型物。在贫铜材料中，首次在溅射薄膜中观察到纤锌矿CIS以及黄铜矿CIS和CuAu有序CIS。一旦纤锌矿CIS相形成，就难以转化成稳定的黄铜矿多晶型物。CuIn ${_5}$ S ${_8}$和NaInS ${_2}$与CIS多晶型物一起被发现容纳过量的In。有人认为，亚稳态的多晶型物稳定的前体的非化学计量，因此严格的组成控制是必需的。
2022-06-07 cond-mat.mtrl-sci
Polar and antipolar polymorphs of metastable perovskite BiFe0.5Sc0.5O3
在高压（6 GPa）和高温（1500 K）条件下合成的亚稳钙钛矿BiFe_（0.5）Sc_（0.5）O_3通过加热/冷却热循环下的不可逆行为以两种不同的多晶型（反极性Pnma和极性Ima_2）获得。Ima 2相代表了倾斜铁电结构的原始类型，其中Bi 3+阳离子分别沿着正交的[1 - 10]p和[1-10]p伪立方方向表现出极性和反极性位移，并且与关于极轴的反相八面体倾斜相结合。在TN ~ 220 K以下，Pnma和Ima 2结构变体均表现出长程反铁磁有序，并具有弱铁磁成分。基于一般唯象方法的偶极、磁和弹性序参量之间的耦合分析表明，两相的弱铁磁性主要是由反相八面体倾斜引起的，其轴向性质直接代表了Dzyaloshinskii矢量的相关部分.在极性Ima 2相允许的自发磁化的磁电贡献描述的第五度自由能不变，预计将是小的。
2014-03-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Encoding innumerable charge density waves of FeGe into polymorphs of LiFe6Ge6
本研究基于DFT计算发现FeGe中因Ge1二聚化排列不同存在无限亚稳态CDW，通过填充Li原子可将其映射为稳定的LiFe6Ge6多晶型，建立了CDW与结构多晶型的新关联，为探索磁性笼目金属物理提供新途径。
2024-05-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Pressure-stabilized dual-BCC polymorphism in a rhenium-based high-entropy alloy
University of Alabama at Birmingham（阿拉巴马大学伯明翰分校）
研究通过高压合成了一种稳定的双体心立方结构，揭示了压力在复杂合金中调控多形结构的有效性，为高熵合金的多形工程提供了新途径。
2026-04-09 cond-mat.mtrl-sci
Ion exchange synthesizes layered polymorphs of MgZrN$_2$ and MgHfN$_2$, two metastable semiconductors
针对三元氮化物合成困难的问题，本研究以Li₂ZrN₂为前驱体，通过离子交换反应合成亚稳层状多晶型MgZrN₂和MgHfN₂，验证了Li-M-N相作为合成新三元氮化物前驱体的潜力。
2024-12-03 cond-mat.mtrl-sci
The ground state and polymorphism of LiSc(BH4)4 finally understood by Density Functional Theory modelling
我们报道了一种新的亚稳γ多晶型的混合金属硼氢化物LiSc（BH 4）4。利用密度泛函理论计算和色散修正，我们证明了范德华H. H相互作用的正确理论描述的标题化合物。我们提出了有序的基态结构（α形式），并修改了最近报道的β相，现在将其描述为固溶体，LiSc（BH 4）4-xClx，x~0.7。LiSc（BH 4）4多晶型使用Zr（BH 4）4型结构合理化，其中Sc -> Zr和Li处于间隙面心位置。
2020-08-31 cond-mat.mtrl-sci
Out-of-equilibrium Polymorph Selection in Nanoparticle Freezing
设计不平衡的合成过程的能力已经打开了创造具有显着物理化学性质的纳米材料的可能性，与扩展系统中的平衡过程相比，从更丰富的可能原子结构中进行选择。在这项工作中，我们采用原子模拟来演示如何控制多晶型选择通过冷却速率在纳米粒子冷冻的情况下，镍$_3$铝，一种材料，具有丰富的结构景观。最先进的自由能计算允许合理化复杂的成核过程，发现两个动力学途径之间的切换，产生在室温下的平衡结构和在较高温度下的替代亚稳结构。我们的发现解决了技术应用中纳米合金合成的关键挑战，即，通过设计迫使系统进入期望的亚稳态的处理历史，合理地利用动力学和热力学之间的竞争。
2020-09-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
A metastable amorphous intermediate is responsible for laser-induced nucleation of glycine
通过光钳作用的激光诱导晶体成核，特别是通过激光偏振的多晶型选择，有望对结晶进行前所未有的控制。然而，在附近的液-液临界点或溶解性间隙的情况下，所需的中尺度集群的起源仍然不清楚。最近的一些所谓的非经典成核的研究表明，存在大的无定形团簇。在这里，我们表明，过饱和的甘氨酸水溶液形成亚稳的中间颗粒，是关闭的直接路径晶体成核。激光诱导晶体成核仅在激光“激活”这些粒子之一时发生。原位低频拉曼光谱用于证明它们的无定形或部分有序的特性和各种晶体多晶型物的转化。在许多以前报道的激光诱导晶体成核实验中，溶液老化的要求强烈表明，无定形中间体的存在是一个普遍的要求。
2022-03-22 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Epitaxial stabilization and phase instability of VO2 polymorphs
VO 2多晶型物，即，VO 2（A）、VO 2（B）、VO 2（M1）和VO 2（R）具有广泛的功能，可用于信息和能源技术中的许多潜在应用。然而，合成纯相材料，特别是薄膜形式的纯相材料，一直是一项具有挑战性的任务，这是由于VO 2多晶型物在热力学框架中彼此密切相关的事实。在这里，我们报告的VO 2多晶型物的外延稳定化合成高品质的单晶薄膜和研究这些亚稳材料的相稳定性。我们选择性地将所有相沉积在具有不同晶体取向的各种钙钛矿衬底上。通过研究相不稳定性、声子模式和输运行为，我们不仅发现VO 2多晶型物的物理性质截然不同，而且发现当加热至~400 oC时，VO 2多晶型物可能处于相变的边缘。我们成功的VO 2（A）和VO 2（B）相的外延，这是很少研究，由于缺乏相纯材料，将打开大门的VO 2多晶型物的基础研究，在先进的电子和能源设备的潜在应用。
2015-09-01 cond-mat.mtrl-sci
Self-assembling of multilayered polymorphs with ion beams
本研究采用无序诱导有序方法，利用离子束在氧化镓中一步自组装形成含重复界面的多层多晶型单晶结构，并获得理论与光学表征支持。
2024-04-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Large-scale atomistic study of plasticity in amorphous gallium oxide with a machine-learning potential
本研究利用机器学习原子间势开展大规模原子模拟，揭示了非晶Ga2O3在玻璃化转变和力学行为上的特性，发现其具有高塑性且比非晶氧化铝更能抵抗剪切带形成。
2024-04-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Phase Separation and Anomalous Volume Expansion in Frozen Microscale Eutectic Indium-Gallium upon Remelting
Ga-In（EGaIn）共晶合金具有低蒸气压、低毒性、高热导率和高电导率等优点，在智能材料领域具有广阔的应用前景。对于这样的应用，EGaIn保持在其熔点以上，低于该熔点，其经历固化和相分离。对热循环过程中结构和成分演变的科学理解有助于进一步评估低熔点易熔合金的应用范围。在这里，我们使用一套集成的低温先进显微镜和微分析，以更好地了解EGaIn中的相分离和（再）混合过程。我们揭示了一个被忽视的热刺激响应行为冻结中尺度EGaIn在低温下，在原位热循环过程中观察到的体积突然膨胀，与冷却过程中Ga和In之间的不相容性和亚稳Ga相的形成。这些结果强调了再生动力学的重要性，并为EGaIn作为自修复材料开辟了新的途径。
2022-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Optical activity and phase transformations in γ/β Ga2O3 bilayers under annealing
本研究通过退火γ/β Ga2O3双层结构，揭示了低温界面外延再生长和高温非平面相变的两阶段动力学，并关联了光学性质演变，加深了对Ga2O3多晶型的理解。
2024-05-30 cond-mat.mtrl-sci
Optical library of Ga2O3 polymorphs
Korea Institute of Ceramic Engineering & Technology（韩国陶瓷工程技术研究所）；Dong-Eui University（东义大学）；attocube systems AG（attocube系统股份公司）；Institute of Electronics, National Yang Ming Chiao Tung University（国立阳明交通大学电子研究所）；Silesian University of Technology（西里西亚理工大学）；Songshan Lake Materials Laboratory（松山湖材料实验室）；The Hong Kong Microelectronics Research and Development Institute（香港微电子技术研究与开发研究所）；Chinese Academy of Sciences（中国科学院）
本文通过统一实验条件系统关联α、β、γ、δ、κ五种Ga2O3多晶型的光学吸收与发射特征，建立了光学带隙与发射特征的一致性标度，并利用纳米FTIR将光学相识别扩展到纳米尺度。
2026-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Tunable polymorphism of epitaxial iron oxides in the four-in-one ferroic-on-GaN system with magnetically ordered α-, γ-, ε-Fe2O3 and Fe3O4 layers
半导体材料和磁性材料的杂化被认为是潜在的适用于新型功能自旋电子器件的设计。本文报道了四种磁性有序氧化铁相（Fe_3 O_4，γ-Fe_2 O_3，α-Fe_2 O_3和最奇异的亚稳ε-Fe_2 O_3）在GAN（0001）表面以纳米尺度单晶膜的形式外延稳定化。在广泛用于电子器件制造的GAN半导体衬底上，在相同的单靶激光MBE技术工艺中，证明了多达四种明显不同的氧化铁相的外延生长。所讨论的铁氧化物属于一类简单的磁性材料，具有丰富的物理性质，包括Fe_3O_4和α-Fe_2O_3的Verwey和Morin相变以及介稳硬磁ε-Fe_2O_3铁氧体的多铁性。从基本观点来看，外延生长过程中特定相的成核背后的物理原因值得关注。本研究的实际方面是利用铁氧化物的可调多态性，用于创建可用于新型自旋电子器件的铁-半导体异质结构。本文采用多种实验技术，对GAN上单相氧化铁外延膜的表面形貌、晶体结构、电学和磁学性质进行了研究。一个全面的比较已经取得了相同的铁氧体材料的性能，在散装和纳米结构的形式由其他研究小组报告。
2017-12-15 cond-mat.mtrl-sci
Time-Temperature-Transformation (TTT) Diagrams to rationalize the nucleation and quenchability of metastable $α$-Li$_3$PS$_4$
Faculty of Engineering, Hokkaido University（北海道大学工学部）；Department of Materials Science and Engineering, University of Michigan（密歇根大学材料科学与工程系）；Department of Physics, Tokyo Metropolitan University（东京都立大学物理学系）；Graduate School of Advanced Science and Engineering, Hiroshima University（广岛大学先进理工学研究科）；Japan Synchrotron Radiation Research Institute（日本同步辐射研究所）；Department of Materials Science, Graduate School of Engineering, Osaka Metropolitan University（大阪公立大学工学研究科材料科学系）；Department of Applied Chemistry, Graduate School of Engineering, Osaka Metropolitan University（大阪公立大学工学研究科应用化学系）；Institute for Materials Research, Tohoku University（东北大学物质研究所）
本文通过构建TTT图揭示α-Li₃PS₄亚稳态形成机制，结合理论计算与实验观测，阐明纳米尺度下低表面能稳定α相并降低核化能垒的原理。
2026-01-04 cond-mat.mtrl-sci
Unveiling Nanoscale Surface Damage Dynamics in Swift Heavy Ion Irradiated Gallium Nitride
School of Nuclear Science and Technology, Xi’an Jiaotong University（西安交通大学核科学与技术学院）；Academy of Chips Technology, China Electronics Technology Group Corporation（中国电子科技集团公司芯片技术研究院）；National Key Laboratory of Integrated Circuits and Microsystems（集成电路与微系统国家重点实验室）；National Key Laboratory for High Energy Pulsed Power（高能量脉冲功率国家重点实验室）
研究通过探究小丘形成原子机制揭示氮化镓纳米级表面损伤动力学，确定不同辐照下小丘形态，发现富Ga小丘伴随纳米域及与位错的关联，还表明温度影响小丘尺寸及高温下液态镓特性促进纳米通道形成。
2026-07-09 cond-mat.mtrl-sci
Anisotropic Kinetics of Ion-Irradiation-Induced Phase Transition in Gallium Oxide
School of Integrated Circuits, Wuhan University（武汉大学集成电路学院）；School of Power and Mechanical Engineering, Wuhan University（武汉大学动力与机械工程学院）；The Hong Kong Microelectronics Research and Development Institute（香港微电子研发院）；Department of Physics and Helsinki Institute of Physics, University of Helsinki（赫尔辛基大学物理系与赫尔辛基物理研究所）
研究揭示氧化镓中表面取向通过各向异性相变动力学控制辐射耐受性，提出基于机器学习的分子动力学方法，发现不同表面取向在辐照下表现出显著不同的相变行为和恢复路径。
2026-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Near-surface Thermal Spikes on Radiation Hardness of Gallium Oxide
University of Helsinki（赫尔辛基大学）；Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf（德累斯顿-罗斯多夫亥姆霍兹中心）；University of Oslo（奥斯陆大学）
本研究通过机器学习分子动力学模拟和离子束实验，发现氧化镓表面非晶化在致密热尖峰下可胜过结晶化，源于非化学计量比抑制再结晶，为调控辐照条件提供依据。
2026-09-15 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Thermal lensing-induced soliton molecules in beta-phase Gallium Oxide
近年来，由于β-氧化镓（β- \ce{Ga2O3}）在太阳能技术的光电子学和光子学中的应用，特别是在盲紫外光电探测器太阳能电池（SBUV）设计中的巨大潜力，β-氧化镓（β- \ce{Ga2O3}）已经成为研究最多的氧化镓多晶型物的同晶型物。为了优化其在这些应用中的使用，并确定可能的新功能，其基本属性的知识是相关的。在这方面，我们对β- \ce{Ga2O3}的光学、热学和电学性质进行了实验研究，为具有克尔非线性的宽带无机透明半导体提供了证据。在SBUV传感实验中探测到的材料的热光特性突出了相当大的热扩散，其特征在于沿光束路径的温度梯度，光束位置的二次曲线，并促进折射率随温度的变化。实验观察到的克尔非线性与热致双折射一起，毫不含糊地指向一个可能的孤子分子的形成过程中的高强度场在β- \ce{Ga2O3}的传播。为了把这个猜想上一个坚实的地面，我们提出了一个理论分析，在1+1空间维度的立方非线性薛定谔方程的基础上，其中热透镜创建一个有效的潜在的二次光束位置的坐标。利用非等谱逆散射变换方法，得到了传输方程的精确单孤子解。这种解决方案的特点是纠缠脉冲形成孤子分子的束缚态，其中脉冲或多或少地纠缠取决于系统的特征参数。
2021-09-16 cond-mat.mtrl-sci nlin.PS physics.optics
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
Proton Irradiation Induced Defects in \b{eta}-Ga2O3: a combined EPR and Theory Study
质子辐照的n型和半绝缘体样品的\b{eta} -Ga 2 O 3导致形成一个顺磁缺陷，自旋S=1/2，单斜点对称，g张量的主值为gb=2.0313，gc=2.0079，ga*= 2.0025和准各向同性超超精细相互作用的13 G与两个等效的Ga近邻。它的高引入率表明它是一种主要的辐照诱发缺陷。在低温下，光激发将该缺陷转化为不同的亚稳S=1/2中心，其主要g值为gb=2.0064，gc=2.0464，ga*= 2.0024，并且减少了9 G的超精细相互作用。这种亚稳态缺陷在T= 100 K时是稳定的，当它切换回先前的配置时。用密度泛函理论计算了各种本征缺陷的自旋哈密顿参数，并采用包括投影子的规范增强波方法确定了这些缺陷的微观结构，结果不支持孤立的八面体或四面体镓空位VGa 2-的直观模型，而支持镓空位复合物VGa-Gai-VGa的模型.
2018-11-13 cond-mat.mtrl-sci
New polymorph γ-CuWO4 inspired by γ-CuMoO4: experimental identification and theoretical verification
该研究通过两种非平衡技术制备三元 CuWO4，结合实验表征与从头算计算发现并验证了类似 γ-CuMoO4 的亚稳新相 γ-CuWO4。
2025-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Low-energy tetrahedral polymorphs of carbon, silicon, and germanium
用密度泛函理论和从头算随机结构搜索（AIRSS）方法对低能四面体多晶型碳和硅进行了计算。在我们的搜索中获得的几个假设相具有比第14族元素的其他多晶型物更低或相当的结晶度，这些多晶型物已经被实验合成或最近被提出作为实验中获得的未知相的结构，因此应该被认为是特别有趣的候选者。在晶胞中具有24个原子的P-bam对称结构被发现是碳、硅和锗中的低能量、低密度亚稳多晶型物。在硅中，发现Pbam在区域中心具有直接带隙，估计值为1.4 eV，这表明其作为光伏材料的应用。我们还发现了一个低能手性骨架结构的P41 21 2对称性与20个原子，每个细胞含有五重螺旋原子，其投影拓扑结构是所谓的开罗型二维五边形平铺。我们认为，P41 21 2是一个可能的候选人的未知相硅XIII的结构。我们详细讨论了Pbam和P41 21 2，将它们的能量和结构与其他14族元素的能量和结构进行了对比，特别是最近提出的P42 /ncm结构，我们还提供了一个详细的解释，作为一个倾斜的类金刚石四面体网络。
2015-08-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Metastable rocksalt ZnO is $p$-type dopable
尽管几十年的努力，实现$p$型导电性的宽带隙ZnO在其基态纤锌矿结构仍然是一个挑战。在这里，我们详细介绍了如何$p$型氧化锌可以实现在亚稳态，高压岩盐相（也宽隙）与锂作为外部掺杂剂。利用现代第一性原理缺陷理论，我们预测锂掺杂岩盐相$p$型优先取代锌，并引入浅受主能级。补偿施主如间隙Li和/或氢（普遍存在于纤锌矿相中）的形成受到岩盐结构的紧密堆积性质的抑制，岩盐结构还表现出促进低空穴有效质量和空穴离域的相对高的绝对价带边缘。在富O合成条件下，预测所得的自由空穴浓度超过$\sim10^{19}$ cm $^{-3}$，而在贫O条件下，系统保持$n$型可掺杂。除了揭示令人信服的机会，在实现长期寻求的$p$型ZnO的亚稳态岩盐结构，我们的研究结果提出了多态性作为一个有前途的路线，克服强掺杂不对称的宽带隙氧化物。
2018-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Metastable polar order and phase competition in Carpy-Galy LaTaO4
Dankook University（丹阳大学）
通过第一性原理计算发现Carpy-Galy LaTaO4中存在亚稳极性单斜P21相，作为连接反极性P21/c与极性Cmc21相的公度中间态，并揭示了稳定该相的机制及调控极性-反极性竞争的化学途径。
2026-10-19 cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial stabilization of metastable 3C BaRuO3 thin film with ferromagnetic non-Fermi liquid phase
通式为ARuO 3（A = Ca和Sr）的钙钛矿钌酸盐的薄膜是用于可行的氧化物电子器件的通用电导体。它们在科学上也很有趣，因为它们表现出依赖于A位元素的非平凡电磁基态。其中，立方钙钛矿（3C）BaRuO 3薄膜的实现迄今为止一直是一个挑战，因为3C相是BaRuO 3的各种多晶型物相中具有最大形成能的亚稳相。在本研究中，我们成功地制备了3C BaRuO 3薄膜采用外延稳定。3C BaRuO 3薄膜具有巡游铁磁性，相变温度约为48 K，为非费米液相。3C BaRuO 3的外延稳定化进一步使我们能够对钙钛矿钌酸盐薄膜进行标准比较，从而建立Ru-O轨道杂化在理解巡回磁系统中的重要性。
2021-07-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Topological Graph-based Analysis of Solid-State Ion Migration
为了加速新型离子导电材料的发展，我们提出了一个通用的图论分析框架，在任何晶体结构中的离子迁移。图的节点表示迁移离子的亚稳位点，边缘表示相邻位点之间的离散迁移事件。从一组可能的亚稳态迁移位点开始，该框架通过计算这些位点之间的个体迁移能垒来为边缘分配权重。通过在周期性迁移图中搜索最低成本循环来识别对应于宏观离子迁移的周期性模拟单元中的连接路径。为了验证该框架的实用性，我们提出了不同多晶型VO（PO4）中Li迁移的自动分析，从而识别出两种不同的晶体结构，具有简单的迁移途径，表明总体< 300 meV的迁移势垒。
2022-07-05 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
Predicting emergence of crystals from amorphous matter with deep learning
Google DeepMind（谷歌DeepMind）
针对非晶相结晶产物预测难题，提出利用通用深度学习势采样局部结构基元结晶路径的方法，可高精度预测多类无机材料的初始成核晶体结构，为合成新亚稳态晶体提供新途径。
2023-10-02 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci cs.LG
New metastable ice phases via supercooled water
本文通过乳化水稳定过冷水，在均相成核温度附近等温压缩直接结晶出两种新型高压亚稳冰相XXI和XXII，并结合衍射与分子动力学模拟揭示其复杂结构，为弥合水的计算与实验相图差距提供关键实验基准。
2025-07-18 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Deciphering borophene growth pathways with data-driven simulations
Université Lyon 1（里昂第一大学）；CNRS（法国国家科学研究中心）；LMI, UMR 5615（LMI，UMR 5615）；Université de Poitiers（普瓦捷大学）；ISAE-ENSMA（高等航空航天与汽车工程师学院）；PPRIME（PPRIME研究所）；Université Lille（里尔大学）；INRA（法国国家农业食品与环境研究院）；ENSCL（里尔化学高等学院）；UMET, UMR 8207（UMET，UMR 8207）
通过结合机器学习势、巨正则蒙特卡洛模拟和数据驱动结构分类，构建了Ag(111)和Ag(100)上硼烯生长的温度-压力图，揭示了空位基序、相混合和种子结构如何控制多晶型选择，并确定了抑制竞争相、促进目标相的条件。
2026-06-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phase-selective growth of $κ$- vs $β$-Ga$_2$O$_3$ and (In$_x$Ga$_{1-x}$)$_2$O$_3$ by In-mediated metal exchange catalysis in plasma-assisted molecular beam epitaxy
本研究利用MEXCAT-MBE技术实现了单相$κ$-与$β$-Ga$_2$O$_3$及其In合金的相选择性生长，揭示了多形体转变机制，并证明催化生长能显著提升异质外延温度与晶体质量。
2023-11-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
Ab initio Investigation of Structural Stability and Exfoliation Energies in Transition Metal Dichalcogenides based on Ti-, V-, and Mo-Group Elements
本文基于密度泛函理论，采用从头算方法研究了过渡金属化合物的二维层状硫族化合物的结构、能量和电子性质（Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W和硫属化物（S、Se、Te）在三种多晶相中：三角棱柱（2 H）、八面体（1 T）和畸变八面体（1 T $_{\text{d}}$）。我们确定了每种化合物的最稳定相，验证了少数化合物的1 T $_{\text{d}}$相的存在，我们还确定了磁性化合物。此外，通过对材料的剥离能的测定，我们指出了形成单层材料的可能候选者，并发现了剥离能与金属中有效Bader电荷之间的关系，这表明当材料呈现小的剥离能时，是由于硫族元素平面之间的库仑排斥。最后分析了半导体材料的电子性质，识别了半导体材料、半金属材料和金属材料，并预测了半导体材料的带隙。在我们的结果中，带隙的依赖性的$d$ -轨道是明确的。总之，我们已经研究了一个大的TMD材料的稳定和亚稳相的属性，我们的研究结果可能是辅助亚稳相的合成和新的TMD应用的开发。
2019-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Twin-Boundary Structural Phase Transitions in Elemental Titanium
晶体材料中的孪晶在许多转变和变形过程中起着重要作用，其中相关孪晶界（TB）的结构、能量和动力学性质可以强烈地影响潜在机制。虽然这些性质在常见情况下得到很好的表征，但是TB可以显示具有不同性质的多种络合物以及它们之间的相变的可能性尚未被广泛探索，即使这种现象在一些更一般的晶界中建立。我们报告的实验结果表明，{11-24} TB在钛显示厚的界面区域与晶体结构不同的散装。第一性原理计算确定，该复合物与钛的亚稳多晶型相关联，并且表现出与压缩应变下的固态润湿转变和张力下的一级结构转变一致的行为。这些发现证明了元素金属中丰富的TB络合行为，对机械行为和相变途径具有重要意义。
2021-07-20 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical exploration of Be Ag(II) F phases and their magnetic properties using learning algorithms
Centre of New Technologies, University of Warsaw（华沙大学新技术中心）
探索Be Ag(II) F化学空间，用全局结构预测算法和第一性原理计算，聚焦AgBeF4，识别出五个最低焓多晶型物具反铁磁基态及强超交换作用，虽为亚稳态但可通过特定合成路线靶向。
2026-07-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Nature and Origin of Unusual Properties in Chemically Exfoliated 2D MoS_2
MoS_2在其二维（2D）形式中已知表现出许多基本上有趣的和技术上重要的性质。形成大量这种2D样品的最流行的途径之一是化学剥离途径。然而，MoS_2的这种特殊多晶型的本质和起源仍然存在争议，T和T'相以及金属和半导体性质的主张。我们表明，从这些样品的拉曼光谱的现有文献数据的全面审查允许这样的模糊性的范围很小，提供压倒性的证据形成的T'相作为主导的亚稳态在所有这样的样品。我们还解释说，这种小的带隙T'相可以达到相当大的导电性，由于热和化学掺杂的电荷载流子，解释了这种样品的金属和半导体性质的矛盾的索赔，从而达到迄今为止所有的报告一致的看法。
2020-04-16 cond-mat.mtrl-sci
Hexagonal InOI monolayer: a 2D phase-change material combining topological insulator states and piezoelectricity
Yanshan University（燕山大学）
本文通过第一性原理计算提出六方InOI单层作为二维相变材料，其T′到T相变势垒适中（72.1 meV），且可通过应变调控电子转变，兼具压电响应和光吸收调谐，适用于非易失存储和自旋电子学器件。
2025-10-24 cond-mat.mtrl-sci
PrVO$_4$ under High Pressure: Effects on Structural, Optical and Electrical Properties
在追求一个系统的表征下的稀土钒酸盐压缩，在这项工作中，我们提出了一个多方面的研究锆型原钒酸盐PrVO $_4$在高压条件下的相行为，直到24 GPa。我们已经发现，PrVO $_4$在约6 GPa下经历了锆石到独居石的转变，证实了先前通过拉曼实验发现的结果。第二个转变发生在14 GPa以上，BaWO $_4$-I型结构。锆石到独居石的结构序列是一个不可逆的一级转变，伴随着约9.6%的体积塌陷。独居石相因此是PrVO $_4$的亚稳多晶型物。独居石-BaWO $_4$-II转变被发现是可逆的，而不是发生类似的体积变化。在这里，我们报告和讨论的轴向和体积压缩性的所有阶段。我们还比较了我们的结果与其他稀土原钒酸盐。最后，通过光吸收实验和电阻率测量，我们确定了压力对PrVO $_4$电子性质的影响。我们发现，锆独居石转变产生的带隙的崩溃和电阻率的突然下降。这种行为的物理原因进行了讨论。密度泛函理论模拟支持我们的结论。
2020-12-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Point defects in the 1$T'$ and 2$H$ phases of single-layer MoS$_2$: A comparative first-principles study
由于层状过渡金属二硫属化物的亚稳1 $T'$相的电子性质、可能的拓扑电子相和催化活性，最近引起了相当大的兴趣。我们报告了一个全面的理论研究的1 $T'$结晶相的单层二硫化钼（1 $T'$ -MoS $_2$）的本征点缺陷，并提供了比较充分研究的半导体2 $H$相。基于密度泛函理论计算，我们探索了大量的空位、吸附原子和反位缺陷的组态，分析了它们的原子结构、热力学稳定性、电子和磁性。出现的图像表明，在热力学平衡下，1 $T'$ -MoS $_2$比2 $H$相更倾向于容纳晶格缺陷。更具体地说，我们的研究结果表明，更接近Mo原子平面的S原子是最具反应性的位点。与2 $H$相类似，1 $T'$ -MoS $_2$中很可能出现S空位和吸附原子，而Mo吸附原子和反位诱导局部磁矩。与2 $H$相相反，由于在降低缺陷形成能量中起主要作用的结构弛豫，1 $T'$ -MoS $_2$中的Mo空位预期为丰富的缺陷。总体而言，我们的研究预测，1 $T'$ -MoS $_2$的高质量薄片的实现应该在非常小心的实验室条件下进行，但同时可以利用容易的缺陷引入来定制该多晶型物的物理和化学性质。
2018-04-12 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
