The presence of point defects such as vacancies plays an important role in material design. Here, we demonstrate that a graph neural network (GNN) model trained only on perfect materials can also be used to predict vacancy formation energies ($E_{vac}$) of defect structures without the need for additional training data. Such GNN-based predictions are considerably faster than density functional theory (DFT) calculations with reasonable accuracy and show the potential that GNNs are able to capture a functional form for energy predictions. To test this strategy, we developed a DFT dataset of 508 $E_{vac}$ consisting of 3D elemental solids, alloys, oxides, nitrides, and 2D monolayer materials. We analyzed and discussed the applicability of such direct and fast predictions. We applied the model to predict 192494 $E_{vac}$ for 55723 materials in the JARVIS-DFT database.
Fast scanning nitrogen-vacancy magnetometry by spectrum demodulation
本文提出了一种能谱解调技术，大大提高了扫描氮空位中心磁强计的数据采集速度。我们的方法依赖于快速，宽带频率扫描结合锁相检测的光致发光信号的电子自旋共振的周期性激发。该方法可以通过频率反馈来实现自旋共振的实时跟踪。快速扫描磁力测定法对于信号动态范围大（毫特斯拉量级）的样品特别有用，例如铁磁体或亚铁磁体。我们证明了我们的方法，通过映射以上的模型反铁磁体$α$ -Fe $_2$ O $_3$（赤铁矿）的杂散场在像素速率高达100\，Hz和图像分辨率超过一百万像素。
Evidence for percolation diffusion of cations and material recovery in disordered pyrochlore from accelerated molecular dynamics simulations
我们使用经典和加速分子动力学模拟来表征空位介导的扩散的阳离子在Gd $_2$ Ti $_2$ O $_7$烧绿石作为一个功能的微秒时间尺度上的无序。我们发现，在低水平的无序材料中，阳离子空位扩散是缓慢的。然而，更高水平的无序允许快速的阳离子扩散，然后还伴随着快速的反位湮灭和阳离子的有序化。因此，阳离子扩散率不是恒定的，而是随着材料重新排序而降低。结果表明，快速阳离子扩散是由反位的渗流网络的存在触发的。这与氧扩散形成鲜明对比，氧扩散显示出随着同一化合物中无序度的增加，离子扩散率平稳增加。无序的阳离子扩散系数的增加也与其他复杂氧化物和无序介质模型的观察相反，这表明无序和质量传输之间存在根本不同的关系。这些结果突出了快速阳离子扩散和无序恢复之间的动态相互作用，并具有重要的意义，了解辐射损伤的演变，烧结和老化，以及扩散的无序氧化物更普遍。
Large Scale Structure Prediction of Near-Stoichiometric Magnesium Oxide Based on a Machine-Learned Interatomic Potential: Novel Crystalline Phases and Oxygen-Vacancy Ordering
利用快速准确的神经网络势，我们能够用最小跳跃方法系统地探索大块氧化镁的大晶胞的能量景观。该潜力的训练重点是近化学计量组成，特别是低氧化物，即，Mg $_x$ O $_{1-x}$与$0.50<x<0.60$。我们广泛的探索表明，对于散装化学计量的化合物，有几个新的低能量岩盐状结构，其中Mg原子是八面体六配位的，并形成具有不同堆叠顺序的三角棱柱图案。此外，对于$x$的每种组成，我们发现了Mg $_x$ O $_{1-x}$的新型非化学计量晶相的密集光谱。这些结构大多类似于具有八面体配位和五配位Mg原子的岩盐结构。由于去除了一个氧原子，能量景观变得更像玻璃，具有氧空位型结构，它们在能量上彼此非常接近。对于相同数量的镁和氧原子，如果空位沿着线或平面排列，则我们的缺氧结构的能量低于具有随机分布的氧空位的岩盐结构。我们还发现了假定的全球最低配置的非化学计量的低氧化物结构的每个组合物。这些结构主要由岩盐结构的（111）板片组成，其在顶部和底部用Mg原子终止，并且沿着$z$方向以不同的顺序堆叠。与其他Magnéli型相一样，这些结构具有与其化学计量对应物显著不同的性质，例如低晶格热导率和高电导率。
Mechanism-Dependent Descriptors Enable Predictive Design of Oxygen Capacity in Perovskite Oxides
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Northwestern University（西北大学）；University of Science and Technology Beijing（北京科技大学）；University at Buffalo, The State University of New York（纽约州立大学布法罗分校）；Acceleration Consortium（加速联盟）
Anomalous Diffusion along Metal/Ceramic Interfaces
在$α$ O $_3$衬底上的多晶Ni膜中的空穴形成与连续扩散分析相结合表明Ni沿Ni/ $α$ O $_3$界面的扩散惊人地快.从头计算结果表明，Ni/ $α$ -Al $_2$ O界面的空位形成能和迁移能都比体Ni中的小得多，表明沿Ni/ $α$ -Al $_2$ O $_3$界面的扩散激活能与沿（非相干/大角度）晶界的扩散激活能相当.基于这些结果，我们开发了一个简单的模型沿金属/陶瓷界面扩散，适用于广泛的金属/陶瓷系统，并验证了它与几个从头计算。这些结果表明，快速金属扩散沿金属/陶瓷界面应该是常见的，但不是普遍的。
