Application of batch learning for boosting high-throughput ab initio success rates and reducing computational effort required using data-driven processes
提出基于机器学习的批量学习方法优化DFT计算输入参数，在6660个薄膜系统中将高通量结构弛豫成功率从64.8%提升至94.3%，同时减少17%计算时间。
2023-11-26 cond-mat.mtrl-sci
The search for high entropy alloys: a high-throughput $\textit{ab-initio}$ approach
虽然正在进行的探索发现新的高熵系统正在慢慢扩展到金属之外，但用于预测多组分系统的固溶体形成能力的合理有效方法仍有待开发。在这篇文章中，我们提出了一种新的高通量的方法，称为"LTVC"，用于估计的转变温度的固溶体：从头算能量被纳入平均场统计力学模型，其中的序参量如下的演变无序。的LTVC方法证实了蒙特卡罗模拟和结果，从目前最可靠的数据为二元，三元，四元和五元系统（96.6%，90.7%，100%和100%，正确的固溶体预测，分别）。通过扫描AFLOW联盟储存库中的数千个系统，可以预测大量以前未知的潜在四元和五元固溶体，以供将来的实验验证。
2018-07-13 cond-mat.mtrl-sci
A high-throughput ab initio review of platinum-group alloy systems
我们报告了一个全面的研究的二元系统的铂族金属与过渡金属，使用高通量的第一性原理计算。这些计算预测了38个二元系统中新化合物的稳定性，其中文献中没有实验报道的化合物，以及其他系统中几十种尚未报道的化合物。我们的计算还确定了稳定的结构，在化合物的组合物，以前已经报道没有详细的结构数据，并表明，一些实验报告的化合物实际上可能是不稳定的低温。利用这些结果，我们构建了铂族金属二元合金的增强结构图。这些都是更完整，更系统和预测比那些仅基于经验的结果。
2014-02-21 cond-mat.mtrl-sci
Magnetoelastic coupling descriptor for high-throughput ab initio search of magnetocaloric materials
University of Nebraska at Kearney（内布拉斯加大学基尼分校）；University of Nebraska-Lincoln（内布拉斯加大学林肯分校）
该研究基于朗道相变理论构建磁弹性耦合描述符，经评估已知磁热材料后，通过高通量从头计算筛选发现Mn₃Ge和Mn₃Sb的L1₂立方相是潜在强磁热材料。
2026-08-13 cond-mat.mtrl-sci
AFLOW$π$: A minimalist approach to high-throughput ab initio calculations including the generation of tight-binding hamiltonians
紧束缚模型提供了一种概念上透明和计算效率高的方法来表示材料的电子性质。与AFLOW $π$，我们介绍了一个框架，高通量的第一性原理计算，自动生成紧密结合的汉密尔顿没有任何额外的输入。AFLOW $π$中还包含了几个附加功能，旨在简化Hubbard U校正的自洽计算、声子色散、弹性性质、复介电常数和电子输运系数的计算。作为例子，我们展示了如何计算层状氮化物中的$AM$ N $_2$家庭的光学性质，和弹性和振动性质的二元卤化物CsCl和NaCl结构。
2017-01-24 cond-mat.mtrl-sci
Spin-orbitronic materials with record spin-charge conversion from high-throughput ab initio calculations
自旋霍尔效应（SHE）是一种重要的自旋电子学现象，其允许在不使用磁性材料或磁场的情况下将充电电流转换为自旋电流，反之亦然。为了获得对SHE物理学的新见解并识别具有大量自旋霍尔电导率（SHC）的材料，我们对20，000多个非磁性晶体的本征SHC进行了高精度，高通量的从头计算电子结构计算。计算揭示了一个强大的和意想不到的关系的SHC的大小与晶体的对称性，我们表明存在，因为大的SHC通常与镜像对称保护的节线的能带结构。从新开发的数据库中，我们确定了新的有前途的材料。这包括11种材料，其SHC与迄今为止记录的Pt相当或甚至更大，以及具有不同类型的自旋电流的材料，这可以允许新型的自旋双向电子器件。
2020-04-08 cond-mat.mtrl-sci
Modeling Disordered Materials with a High Throughput ab-initio Approach
预测无序系统的材料性质是合理材料设计的一个长期而艰巨的挑战。为了解决这个问题，我们引入了一个自动化的软件框架，能够使用高吞吐量（HT）的第一原理方法在无序材料中建模部分占用。该方法的核心是构建包含与无序材料几乎相等的化学计量的超级电池。所有独特的超晶胞排列枚举和材料性能的每一个通过HT电子结构计算确定。按照一个典型的合奏的超晶胞状态，框架评估合奏平均性能的系统作为温度的函数。作为概念的证明，我们研究了框架的最终计算性能的锌硫属化物（ZnS $_{1-x}$ Se $_x$），宽禁带氧化物半导体（Mg $_{x}$ Zn $_{1-x}$ O），和铁合金（Fe $_{1-x}$ Cu $_{x}$）在各种化学计量。
2015-11-13 cond-mat.mtrl-sci
Efficient determination of the true magnetic structure in a high-throughput ab initio screening: the MDMC method
在给定的外部条件下找到真实的磁性结构对于描述磁性材料和预测其性质至关重要。这对于高通量筛选潜在的好磁体尤其重要，如果没有对磁结构的充分描述，可能会导致计算资源的巨大浪费。介绍了一种在标准第一性原理计算中准确有效地处理磁有序的方法。该方法适用于所有温度，是基于蒙特卡罗（MC）技术。在高温下，MC耦合到从头分子动力学，因此同时处理原子振动和磁有序。该方法考虑了在0 K下收敛到真实基态磁结构，高温下自旋和原子振动之间的耦合，以及非海森堡系统中的自旋-自旋相互作用，即它自然地超越了所有温度下通常的类对有效交换相互作用。我表明，该方法很好地再现了在低温和高温下的磁性结构，即使在相对较小的超晶胞，并提供了一个真正的从头计算的磁性系统在高通量研究的基础。在其一般配方的MDMC方法处理非共线磁性，但其共线版本可能更适合于快速高通量计算。本文中所述的MDMC方法的应用的例子是$α$ -Mn;体心立方Fe，其在低温下是铁磁性的，在高温下是顺磁性的;和MnB $_2$ W $_2$，一种具有非平凡磁性的新的磁性化合物。
2021-04-05 cond-mat.mtrl-sci
Nanograined half-Heusler semiconductors as advanced thermoelectrics: an ab-initio high-throughput statistical study
该研究通过从头算高通量筛选75种纳米晶half-Heusler化合物，揭示其高温热电优势及物理来源，并用机器学习提炼基于成分的热电性能判据。
2014-08-25 cond-mat.mtrl-sci
High-Throughput $\textit{Ab Initio}$ Design of Atomic Interfaces using InterMatch
形成异质界面是一种材料设计策略，可以访问天文学大的相空间。然而，巨大的相空间需要高通量的方法来优化接口设计。在这里，我们介绍了一个高通量的计算框架，InterMatch，有效地预测电荷转移，应变和超晶格结构的接口，通过利用数据库的个别散装材料。具体来说，该算法从材料项目中以孤立的形式读取每种材料的晶格矢量、态密度和刚度张量。根据这些整体性质，InterMatch估计界面性质。我们基准InterMatch预测的电荷转移对实验测量和超晶胞密度泛函理论计算。然后，我们使用InterMatch预测有前途的界面候选掺杂过渡金属二硫属化物MoSe $_2$。最后，我们通过使用InterMatch探索作为扭转角的函数的低能超晶格结构，解释了在石墨烯/ $α$ $_3$中在几微米内的超晶胞周期性的10倍变化的实验观察。我们期待我们的开源InterMatch算法加速和指导不断增长的界面设计工作。此外，本文中提出的InterMatch搜索产生的接口数据库可以很容易地通过https://contribs.materialsproject.org/projects/intermatch/访问。
2022-11-30 cond-mat.mtrl-sci
Decoding Oxygen K-edge Fingerprints of NCM-811 Degradation via Ab Initio Many-Body Theory and High-Throughput Screening of Crystal Proxies
Carl von Ossietzky Universit\"at Oldenburg, Institute of Physics, 26129 Oldenburg, Germany；Department Interface Design, Helmholtz-Zentrum Berlin f\"ur Materialien und Energie GmbH, Berlin, Germany；Friedrich-Schiller-Universit\"at Jena, Institute of Condensed Matter Theory
本研究结合高分辨率氧K边XAS与从头算模拟、高通量筛选，建立了降解电池材料的计算解释途径，明确了NCM-811降解产物光谱差异的来源。
2026-10-28 cond-mat.mtrl-sci
A high-throughput ab initio study of elemental segregation and cohesion at ferritic-iron grain boundaries
该研究利用 DFT 高通量计算评估周期表元素在六种铁素体铁晶界上的偏析能与结合效应，并结合键级方法和 Rice-Wang 理论建立元素图谱。
2025-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Exploration of all-3d Heusler alloys for permanent magnets: an ab initio based high-throughput study
本研究通过高通量筛选和第一性原理计算，发现Fe2NiZn、Fe2NiTi和Ni2CoFe三种全3d Heusler合金具有高磁各向异性和高居里温度，可作为永磁体候选，且应变可调控其各向异性。
2023-04-21 cond-mat.mtrl-sci
Finding the stable structures of W$_x$N$_1$$_-$$_x$ with an $ab$$-$$initio$ high-throughput approach
利用密度泛函理论计算，许多研究人员预测，各种氮化钨化合物WN $_x$（$x$ > 1）将是“超压缩”或“超硬”的，$i.e.$与金刚石一样硬或比金刚石更硬。预计这些化合物具有大的体积模量和剪切模量（> 200 GPa），并且是弹性和振动稳定的。具有这种所需性质的化合物必须在能量上稳定，以防止分解成其他化合物。这种稳定性只能在确定W $_x$ N $_1$ $_-$ $_x$线的凸包后才能找到，这些线连接作为组成的函数的最低焓结构。W-N结构的相图在实验和计算上都是不确定的。复杂的范德华力在确定固体N-$_2$的结构中起着重要的作用。在这里，我们使用高吞吐量的计算来映射出的凸包和其他低能量结构的W-N系统。我们发现该体系的基态是NbO结构，而Wang发现的WN $et$ $al$结构是基态的。当忽略范德华力时也是稳定的。其他提出的结构是以上的凸包的W-N系统。我们展示了密度泛函的选择如何影响曲线的形状和形成船体的结构。在富氮化合物中，官能团的选择可以显著改变结构参数和力学行为。使用任何泛函，NbO相的体模量和剪切模量与WN $_x$化合物相当，WN化合物已被要求为超硬的超可压缩的。
2014-03-11 cond-mat.mtrl-sci
Insights into the adhesion and delamination strength of carbon films on metals by high-throughput ab initio calculations
University of Bologna（博洛尼亚大学）
通过高通量ab initio计算研究碳膜在金属上的附着力与剥离强度，发现附着力能量与表面能量几何平均相关，同时引入基于g(r)分析的方法识别表面碳杂化状态变化。
2026-01-19 cond-mat.mtrl-sci
High-throughput computational screening of Heusler compounds with phonon considerations for enhanced material discovery
该研究对27,865种Heusler成分进行高通量计算，结合声子稳定性筛选，识别出631种稳定化合物，并发现47种低磁矩亚铁磁体，为自旋电子学和能量收集提供候选材料。
2025-02-25 cond-mat.mtrl-sci
High-throughput computation of electric polarization in solids via Berry flux diagonalization
通过伯瑞流对角化方法高效计算固体极化，提升高通量筛选极性绝缘体的效率与准确性。
2025-11-23 cond-mat.mtrl-sci
AIM2DAT: A Python-based Automated Ab Initio Material Modeling and Data Analysis Toolkit
Carl von Ossietzky Universität Oldenburg（奥尔登堡卡尔·冯·奥西茨基大学）；ICGM, Université de Montpellier, CNRS, ENSCM（蒙彼利埃大学）；Friedrich-Schiller-Universität Jena（耶拿弗里德里希·席勒大学）；Paul Scherrer Institute（保罗谢尔研究所）
aim2dat提供用户友好的界面，用于生成和处理大数据，基于密度泛函理论设计高通量工作流，并分析输出。其关键功能包括在线数据库接口、高通量筛选程序和机器学习模型的无缝集成。
2026-06-23 cond-mat.mtrl-sci
High-Throughput Studies of Novel Magnetic Materials in Borides
本研究构建融合第一性原理计算、材料预测与磁性计算的高通量工作流，在硼化物中发现量子磁体、交变磁体及磁性MAB相三类新型磁性材料。
2025-01-08 cond-mat.mtrl-sci
High Throughput combinatorial method for fast and robust prediction of lattice thermal conductivity
缺乏计算上廉价且精确的基于从头计算的方法来预测晶格热导率，而不计算非谐力常数或耗时的从头计算分子动力学，是阻碍加速发现新的高或低热导率材料的障碍之一。Slack方程是其他更昂贵的方法的最佳替代方案，但它高度依赖于两个变量：声学德拜温度$θ_a$和Grüneisen参数$γ$。此外，根据模型或近似值，这两个量可以使用不同的定义。在这篇文章中，我们提出了一种组合的方法来阐明这两个变量的定义产生的晶格热导率，$κ_l$的最佳预测。使用一组42种化合物来测试所有可能组合的准确度和耐用性。这种方法比基于德拜模型的快速筛选模型更适合获得更准确的值，同时比求解玻尔兹曼输运方程的方法便宜得多。
2016-07-26 cond-mat.mtrl-sci
Multi-GPU RI-HF Energies and Analytic Gradients $-$ Towards High Throughput Ab Initio Molecular Dynamics
本文提出一种多GPU优化的RI-HF能量与解析梯度算法，通过多GPU并行和负载均衡加速中小分子从头算分子动力学，实现超3倍单GPU加速及最高47%理论峰值浮点性能。
2024-07-30 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
High-throughput screening of 2D materials identifies p-type monolayer WS$_2$ as potential ultra-high mobility semiconductor
本研究结合高通量筛选与从头算玻尔兹曼输运方程计算，识别出单层WS$_2$为潜在超高迁移率p型二维半导体，室温空穴迁移率可超1300 cm$^2$/Vs，并强调完整输运计算对预测精度的重要性。
2025-04-22 cond-mat.mtrl-sci
Topologically close-packed phases in binary transition-metal compounds: matching high-throughput ab initio calculations to an empirical structure map
在钢和单晶高温合金中，控制拓扑密堆积（TCP）相的形成对材料的性能至关重要。多组分过渡金属合金中TCP相的结构稳定性可以用平均价电子数$\bar{N}$和与组成相关的相对体积差$\overline{ΔV/V}$来解释。我们阐明了这些因素的相互作用，通过比较密度泛函理论计算的经验结构图的基础上，实验数据。特别是，我们计算TCP相A15，C14，C15，C36，$χ$，$μ$，和$σ$的所有可能的二元职业的Wyckoff位置的生成热。我们讨论的等价系统V/Nb-Ta突出的原子大小差异的作用，并观察预期的稳定C14/C15/C36/ $μ$的$\overline{ΔV/V}$在$ΔN=0$在V-Ta。在V/Nb-Re体系中，我们关注A15 $- σ- χ$稳定性随$\bar{N}$增加的众所周知的趋势，并表明$\overline{ΔV/V}$的影响太弱而不能稳定Nb-Re中的C14/C15/C36/ $μ$。作为$\bar{N}$和$\overline{ΔV/V}$两者的显著影响的例子，我们还考虑了Cr/Mo-Co体系。这里在两个体系中都观察到序列A15 $- σ- χ$，但在Mo-Co中，大尺寸错配稳定了C14/C15/C36/ $μ$。我们还包括V/Nb-Co，其覆盖TCP稳定性的整个化合价范围，并且还显示C14/C15/C36/ $μ$的稳定性。此外，一个大的体积差与大的不匹配的价…
2016-05-17 cond-mat.mtrl-sci
TurboGenius: Python suite for high-throughput calculations of ab initio quantum Monte Carlo methods
本研究推出开源Python包TurboGenius及配套工作流工具TurboWorkflows，可结合TurboRVB实现从头算QMC高通量计算，验证了工具可靠性并通过多数据集DMC基准测试证明其计算结果与参考值相符。
2023-10-04 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Materials Screening for the Discovery of New Half-Heuslers: Machine Learning versus Ab Initio Methods
机器学习（ML）越来越成为寻找新功能化合物的有用工具。在这里，我们使用分类通过随机森林来预测半赫斯勒（HH）化合物的稳定性，仅使用实验报告的化合物作为训练集。交叉验证产生了一个很好的协议之间的分数的化合物分类为稳定和真正稳定的化合物在ICSD的实际分数。然后使用ML模型筛选71，178种不同的1：1：1组合物，产生481种可能的稳定候选物。HH化合物的预测稳定性从三个以前的高通量从头算研究的角度进行了批判性分析的替代ML方法。三个独立的从头算研究之间的不完全一致性，它们之间的ML预测表明，额外的因素以外的从头算相稳定性计算所考虑的可能是决定性的化合物的稳定性。这些因素可以包括组态熵和准谐波贡献。
2017-06-01 cond-mat.mtrl-sci
First-Principles Study of Structural Transition in LiNiO2 and High Throughput Screening for Long Life Battery
在此，我们进行了从头筛选，以确定最佳掺杂的LiNiO 2，以实现改善的循环性能的锂离子电池。层间相互作用，占主导地位的c-轴收缩和整体性能被捕获良好的密度泛函理论使用范德华交换相关泛函。筛选表明，Nb掺杂是有希望的，以改善循环性能。为了提取定性推理，我们以材料信息学的方式进行了数据分析，以获得合理的回归，从而重现所获得的结果。LASSO分析表明，放电状态下的层间电荷密度是影响循环性能的主要因素。
2019-04-02 cond-mat.mtrl-sci
High-Throughput Computational Screening of thermal conductivity, Debye temperature and Grüneisen parameter using a quasi-harmonic Debye Model
准谐波德拜近似已经在高通量计算科学的AFLOW和材料项目框架（自动吉布斯图书馆，AGL）中实现，以计算诸如德拜温度和材料热导率等热性质。我们证明，AGL方法，这是显着便宜的计算相比，完全从头算方法，可以可靠地预测几种不同类别的半导体材料的热导率的顺序排名。我们还发现，在这项工作中研究的德拜温度，计算与AGL的一组182种材料，往往是一个更好的预测的顺序排列的实验热导率比计算的热导率。因此，德拜温度是用于高通量筛选材料的热性质的潜在描述符。
2014-10-14 cond-mat.mtrl-sci
High-Efficient ab initio Bayesian Active Learning Method and Applications in Prediction of Two-dimensional Functional Materials
除了传统的试错法，机器学习提供了一个很好的机会，以加快功能材料的发现，但仍然经常遭受困难，如有限的材料数据和目标属性的分布不平衡。在这里，我们提出了从头算贝叶斯主动学习方法，结合主动学习和高通量从头算计算，以加速预测所需的功能材料的预测效率和准确性。以3，119个材料性质不平衡的二维六方二元化合物为例，分别精确筛选出具有最大电极化的强度和合适光伏带隙的材料，与随机搜索相比，仅计算十分之几的候选材料，大大降低了计算成本.这种方法在目标属性分布不均衡的情况下显示出巨大的优势。它可以很容易地应用于寻找广泛的新材料。
2021-08-20 cond-mat.mtrl-sci
High-throughput ab initio reaction mechanism exploration in the cloud with automated multi-reference validation
本文提出 AutoRXN 自动化工作流，在云端结合密度泛函、耦合簇与多参考诊断验证，实现高通量反应机理自主探索，并以酮不对称还原均相催化剂为例验证其有效性。
2023-04-13 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Electron-phonon coupling strength from ab initio frozen-phonon approach
我们提出了一个快速的方法，高通量筛选潜在的超导材料。该方法是基于计算金属屏蔽的带心声子模式，这提供了一个准确的估计的电子-声子耦合强度。这种方法是补充最近提出的刚性松饼锡（RMT）的方法，这相当于集成的电子-声子耦合在整个布里渊区（而不是区中心），但在一个相对较差的近似。我们说明了这种方法的使用，通过将其应用到MgB $_\text{2}$，其中的高温超导性是已知的，主要是由区域中心模式驱动，并比较它的姐妹化合物AlB $_\text{2}$。我们进一步说明了这个描述符的使用，通过筛选大量的二进制的电子-声子耦合的精确的第一原理计算最近已出版。与RMT描述符一起，该方法开辟了一种通过机器学习或数据挖掘进行初始高通量筛选以搜索传统超导体的方法。
2022-07-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Ab initio prediction of an order-disorder transition in Mg$_2$GeO$_4$: implication for the nature of super-Earth's mantles
在这里，我们提出了一个从头计算预测的有序-无序转变（ODT）从$I\bar{4}2d$型到Th $_3$ P $_4$型相的阳离子亚晶格的Mg $_2$ GeO $_4$，后后钙钛矿（后PPv）相。这种不常见的预测类型是通过在56个原子的超晶胞中进行原子配置的高通量采样，然后进行玻尔兹曼系综统计计算来实现的。Mg $_2$ GeO $_4$是$I\bar{4}2d$型Mg $_2$ SiO $_4$的低压类似物，预测超级地球地幔的主要行星形成阶段。因此，在$I\bar{4}2d$型Mg $_2$ SiO $_4$中也预期有类似的ODT，这应该会影响这些行星的内部结构和动力学。这种Th $_3$ P $_4$型相在Mg $_2$ GeO $_4$中的预测进一步增强了地球/行星形成硅酸盐和氧化物在极端压力下的晶体结构与稀土倍半硫化物在低压下的晶体结构之间的关系。
2020-12-15 cond-mat.mtrl-sci
The AiiDA-KKR plugin and its application to high-throughput impurity embedding into a topological insulator
超级计算资源的不断增加使基于计算机的材料科学进入了高通量计算的新时代。最近，Pizzi等人[Comp. Mat. Sci. 111，218（2016）]介绍了AiiDA框架，该框架提供了一种自动计算的方法，同时允许将复杂工作流的完整出处存储在数据库中。我们提出了AiIDA-KKR插件的发展，允许进行大量的从头杂质嵌入计算的基础上的相对论全电位Korringa-Kohn-Rostoker格林函数方法。AiiDA-KKR插件的能力证明了嵌入到原型拓扑绝缘体Sb 2 Te 3的数千种杂质的计算。结果收集在JuDiT数据库中，我们使用该数据库来研究杂质的物理性质的化学趋势以及费米能级和层依赖性。这包括研究自旋矩、杂质形成带隙态的趋势或其对主晶体电荷掺杂的影响。这些性质取决于嵌入到主体晶体中的杂质的详细电子结构，这突出了从头计算的需要，以获得准确的预测。
2020-08-06 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
High-throughput magnetic co-doping and design of exchange interactions in a topological insulator
本文通过高通量从头算模拟系统研究了Bi$_2$Te$_3$中过渡金属单杂质和二聚体的磁性与交换耦合，揭示化学趋势并提出共掺杂策略以调控磁性拓扑绝缘体的磁基态。
2024-07-05 cond-mat.mtrl-sci
Ab Initio Electron-Phonon Interactions Using Atomic Orbital Wavefunctions
电子和晶格振动之间的相互作用决定了材料的关键物理性质，包括它们的电和热传输、激发电子动力学、相变和超导性。提出了一种新的从头算方法，该方法利用原子轨道波函数计算材料中的电子-声子相互作用，并将电子-声子耦合矩阵元插值到精细布里渊区网格中.我们详细介绍了这种AO为基础的e-ph计算的数值实现，并对直接密度泛函理论计算和Wannier函数（WF）插值基准。概述了AO在e-ph计算中相对于WF的主要优势。由于AO是与原子相关联的固定基函数，因此它们避免了使用试错法生成材料特定的局部基集的需要，而这在WF中是需要的。因此，AO是理想的计算化学和结构复杂的材料，其中WF是具有挑战性的生成的e-ph相互作用，并且也有希望用于高通量材料发现。虽然我们的研究结果集中在AO，我们提出的形式主义推广到任意本地化的基组的e-ph计算，与WF恢复作为一种特殊情况。
2018-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Towards high-throughput many-body perturbation theory: efficient algorithms and automated workflows
本文提出扩展高通量从头算模拟至多体微扰理论（MBPT）的自动化算法与工作流，包括GW和BSE模拟的高效收敛算法及基于Wannier函数的能带插值方案，并在半导体和金属系统中验证了其高精度与低计算负担。
2023-01-18 cond-mat.mtrl-sci
Benchmark for Ab Initio Prediction of Magnetic Structures based on Cluster-Multipole Theory
磁结构的簇多极（CMP）展开提供了一种系统地生成候选磁结构的方案，所述候选磁结构具体包括适于给定材料的晶体对称性的非共线磁配置。与MAGNDATA上收集的实验数据的比较表明，自然界中最稳定的磁位形是只有少数几个CMP的线性组合。在自旋密度泛函理论（SDFT）的框架下，对所有候选磁性结构进行了高通量计算.我们用$2935$计算对CMP+SDFT的预测能力进行了基准测试，结果表明：（i）CMP扩展管理了候选磁结构的详尽列表，（ii）CMP+SDFT可以将可能的磁配置缩小到少数计算配置，（iii）SDFT以$\pm0.5\,μ_\text{B}$的精度再现了实验磁配置。对于一个子集，现场库仑排斥$U$的影响进行了研究，通过$1545$ CMP+SDFT+U计算揭示没有进一步改善的预测能力。
2021-02-18 cond-mat.mtrl-sci
High-throughput study of the static dielectric constant at high temperatures in oxide and fluoride cubic perovskites
利用有限温度声子计算和Lyddane-Sachs-Teller关系，我们从头计算了78种立方钙钛矿结构半导体氧化物和氟化物在1000 K下的静态介电常数。我们首先比较我们的方法与实验测量，我们发现，它成功地描述了一系列的氧化物BaTiO $_{3}$，SrTiO $_{3}$，KTaO $_{3}$的静态介电常数$ε_{DC}$的温度依赖性和相对有序。我们表明，在我们的高通量研究的框架中，非谐性对离子钳位介电常数，玻恩电荷和声子寿命的影响可以忽略不计。基于高温声子谱，我们发现在1000 K时，$ε_{DC}$在氧化物中的色散比在氟化物中的色散大一个数量级。我们显示的介电常数与简单的结构描述符的相关图，我们指出，$ε_{DC}$实际上是很好的相关性与无限频率的介电常数$ε_{\infty}$，即使在这些材料中的相变，其中$ε_{DC}$是强烈的温度依赖性。
2020-11-25 cond-mat.mtrl-sci
High-throughput computational discovery of 40 ultralow thermal conductivity and 20 highly anisotropic crystalline materials
我们进行了从头算驱动的密度泛函理论为基础的高通量计算，寻找具有低热导率和高热输运各向异性的材料。我们从材料项目中筛选了429种稳定的三元半导体，并通过求解225种材料的玻尔兹曼输运方程获得了声子热导率。我们发现SbRbK 2和40材料的热导率最低为0.16W/m-K，在300 K时热导率低于1 W/m-K。对于各向异性热输运，我们已经确定了6种材料的各向异性大于5和20热输运各向异性高于最大的文献报道的值。
2022-04-09 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
High-throughput screening of charge-order-induced ferroelectrics
本文提出高通量筛选流程，在 Materials Project 数据库中结合局域对称性、键价和及第一性原理计算，从 147 种电荷序与铁电极化共存材料中识别出 21 种电荷序诱导铁电候选材料，并分析其结构耦合与电子性质。
2025-07-03 cond-mat.mtrl-sci
DASP: Defect and Dopant ab-initio Simulation Package
为了自动计算半导体和绝缘体中的缺陷和掺杂剂性质，我们开发了一个软件包，缺陷和掺杂剂从头算模拟包（DASP），它由四个模块组成，用于计算：（i）元素化学势，（ii）缺陷（掺杂剂）形成能和跃迁能级，（iii）缺陷和载流子密度以及（iv）高密度缺陷的载流子动力学性质。DASP在计算使化合物半导体稳定的元素化学势时，使用材料基因组数据库快速确定竞争的第二相和计算凸包以上的能量，因此可以对多元化合物的热力学稳定性进行高通量预测。DASP调用ab-initio软件对不同结构构型和电荷态的缺陷超晶胞进行了总能量、结构弛豫和电子结构计算，在此基础上计算了缺陷的形成能和跃迁能级，并考虑了静电势取向和镜像电荷相互作用的修正。DASP可以计算不同化学势条件和不同生长/工作温度下半导体中缺陷、电子和空穴载流子的平衡密度以及费米能级。对于高密度缺陷，DASP可以计算载流子动力学性质，例如光致发光（PL）光谱、与缺陷相关的辐射和非辐射载流子捕获截面以及非平衡载流子的复合寿命。
2022-01-06 cond-mat.mtrl-sci
High-throughput study of electrical conductivity in ordered metals
Research Center Future Energy Materials and Systems of the University Alliance Ruhr（鲁尔大学联盟未来能源材料与系统研究中心）；Interdisciplinary Centre for Advanced Materials Simulation, Ruhr University Bochum（波鸿鲁尔大学跨学科高级材料模拟中心）；CFisUC, Department of Physics, University of Coimbra（科英布拉大学物理系CFisUC）；Dipartimento di Fisica, Sapienza University of Rome（罗马智慧大学物理系）；Faculty of Physics and Astronomy, Ruhr University Bochum（波鸿鲁尔大学物理与天文学学院）
本研究通过机器学习与高通量第一性原理计算筛选超过280万种化合物，发现若干与铝电导率相当的高导电金属间化合物，并揭示轻元素价电子调控d态散射的机制。
2026-08-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Finding unprecedentedly low-thermal-conductivity half-Heusler semiconductors via high-throughput materials modeling
晶格热导率（κω）是化合物许多潜在应用的关键性质。由于高成本和耗时的合成程序，具有非常低或高κω的材料的发现仍然是实验挑战。高通量计算预筛选是一种有价值的方法，显着减少候选化合物的集合。在这篇文章中，我们介绍了可靠地估计大量化合物的体κω的有效方法。这些算法基于机器学习算法、物理见解和自动从头计算的组合。我们在AFLOWLIB.org数据库中扫描了大约79，000个半Heusler条目。在确定的450个机械稳定的有序半导体中，我们发现κω跨越两个数量级以上-比以前认为的范围大得多。对于在等价位置的元素具有大原子半径的化合物，κω最低。然后，我们对材料稳定性进行了彻底的筛选，从而将列表减少到77个系统。然后，我们可以为这个选定的系统范围提供κω的定量估计。提出了三种κω < 5 W /（mK）的半导体材料，供进一步的实验研究。
2014-02-21 cond-mat.mtrl-sci
Accelerating ab initio melting property calculations with machine learning: Application to the high entropy alloy TaVCrW
针对高熔点难熔材料熔化性质实验测量难、传统DFT方法计算成本高的问题，提出一种结合专用机器学习势的高效DFT方法，用自由能微扰替代热力学积分，节省80%计算资源，成功应用于高熵合金TaVCrW的熔化性质计算且结果与CALPHAD外推值吻合。
2024-08-16 cond-mat.mtrl-sci
Configuration sampling in multi-component multi-sublattice systems enabled by ab Initio Configuration Sampling Toolkit (abICS)
本文介绍开源软件包abICS，通过结合第一性原理计算、机器学习与并行扩展系综采样并采用主动学习框架，解决了多组分多子格功能材料中中间无序状态的模拟难题。
2023-09-09 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Efficient technique for ab-initio calculation of magnetocrystalline anisotropy energy
磁晶各向异性能（MCAE）的从头计算通常需要严格的收敛标准和密集的k点网格来采样布里渊区，这使得其收敛问题和耗时。MCAE的力定理指出，MCAE可以通过在固定电势下两个磁化方向之间的能带能量差来计算。利用最大定域Wannier函数可以构造一个紧凑的低电子态的Hilbert空间，并对高旋进的带本征值进行插值。我们结合力定理和Wannier插值的特征值在一起，以提高效率的MCAE计算的准确性没有损失。我们使用的Fe链，Fe单层和FeNi合金为例，并证明了Wannier插值方法MCAE是能够显着降低计算成本，同时保持准确的，相比，一个非常密集的k点网格上的直接从头计算。这种有效的Wannier插值方法使得大规模和高通量的MCAE计算成为可能，这将有利于自旋电子学器件的设计。
2018-11-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High throughput inverse design and Bayesian optimization of functionalities: spin splitting in two-dimensional compounds
本文构建了二维材料自旋劈裂数据库，提出整合逆向设计与贝叶斯推断优化的材料设计工作流程，在C2DB中分类出358种材料，并验证了其在自旋电子学应用中的普适性。
2022-01-24 cond-mat.mtrl-sci
An efficient ab-initio quasiharmonic approach for the thermodynamics of solids
提出了一种计算有限温度下固体热膨胀、热力学和热力学函数的第一性原理方法--{ \it{self-consistent quasiharmonic approximation} }（SC-QHA）方法。与传统的QHA方法相比，SC-QHA方法需要更少的声子计算，并且还便于对宏观热现象的微观起源进行方便的分析。通过将其与传统的QHA方法和对硅、金刚石和氧化铝的实验测量进行比较，系统地检查了SC-QHA方法的优越性能。然后用它来研究压力对金刚石和氧化铝的非谐晶格性质的影响。计算了Ca $_3$ Ti $_2$ O $_7$的热膨胀系数和热力学性质，这是一种新发现的具有复杂晶体结构的铁电陶瓷. SC-QHA方法可以显着减少各种准谐热性质的计算费用，特别是当有大量的结构考虑或当固体结构复杂。预计该算法将是有用的各种领域，包括氧化，腐蚀，高压物理，铁电体，和高通量结构筛选时，温度效应需要准确地描述现实的属性。
2016-03-26 cond-mat.mtrl-sci
$\texttt{express}$: extensible, high-level workflows for swifter $\textit{ab initio}$ materials modeling
在这项工作中，我们介绍了一个开源的$\texttt{Julia}$项目，$\texttt{express}$，可扩展的，高吞吐量的，高层次的工作流程框架，旨在自动化$\textit{ab initio}$计算的材料科学社区。$\texttt{Express}$附带了经过良好测试的工作流程模板，包括结构优化、状态方程（EOS）拟合、声子谱（晶格动力学）计算以及准谐波近似（QHA）框架下的热力学性质计算。它被设计为高度模块化，以便其组件可以在各种场合中重复使用，并且可以在此基础上构建自定义的工作流程。由于$\texttt{express}$提供的数据沿袭功能，用户还可以实时跟踪工作流的状态，并排除失败的作业。两个工作示例，即，适用于石灰和赤霉素的所有工作流程也在代码和本文中介绍。
2021-09-24 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph physics.geo-ph
Beyond Janus Atomic Ordering: High-Throughput First-Principles Search for Hidden MoSO Monolayer Structures
College of Physical Science and Technology, Guangxi Normal University（广西师范大学物理科学与技术学院）；College of Physical Science and Technology, Yangzhou University（扬州大学物理科学与技术学院）
研究通过高通量第一性原理计算，结合多种理论方法，从众多候选结构中筛选出新型非Janus二维MoSO单层，其具有低结合能、高稳定性、独特电学特性及良好析氢活性，为二维材料研究提供了新策略。
2026-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Methods to Accelerate High-Throughput Screening of Atomic Qubit Candidates in van der Waals Materials
与二维（2D）宽带隙（WBG）半导体中的缺陷相关的类原子自旋发射体的发现为高度可调谐和多功能量子比特提供了新的机会。到目前为止，这种自旋发射体的研究集中在六方氮化硼（hBN）中的缺陷。然而，hBN必然含有高密度的核自旋，这预计会产生强不相干的自旋浴，导致材料中自旋的相干性差。因此，在其他2DWBG材料中识别新的量子位候选者是必要的。考虑到$ab~initio$方法的时间需求，需要新的方法来快速筛选和计算合适的类原子量子比特的识别属性。在这项工作中，我们提出了两种新的方法来快速估计零声子线（ZPL），原子量子比特在WBG材料的关键属性。首先，利用Janak定理计算ZPL。对于有限的占领的变化，我们提供了领先的阶估计的校正ZPL使用Janak的定理，这是更快的标准方法（$Δ$ SCF）。接下来，我们还展示了一种方法来收敛激发态，这是更快的系统与小应变比标准的方法中使用的$Δ$ SCF方法。我们说明这些方法使用的情况下，单负电荷的钙空位在硅$_2$，我们是第一个提出作为量子位的候选人。这项工作有可能有助于加速材料中量子缺陷的高通量搜索，并应用于量子传感和量子计算。
2021-06-11 cond-mat.mtrl-sci
Corrosion-resistant aluminum alloy design through machine learning combined with high-throughput calculations
本研究通过机器学习与从头计算结合，开发强化自学习算法（R2>0.92）优化铝合金，制备出伸长率约30%的耐腐蚀合金，并验证Cu修饰增强晶界抗裂性。
2023-12-26 cond-mat.mtrl-sci
Fast \textit{ab initio} design of high-entropy magnetic thin films
Georgetown University（乔治城大学）；Virginia Commonwealth University（弗吉尼亚联邦大学）；STFC Daresbury Laboratory（STFC达尔斯伯里实验室）
本文提出利用从头计算和机器学习方法，快速设计高熵磁性薄膜，通过DFT模拟验证其磁性性质的平滑轮廓与实验结果一致。
2024-04-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
High-Throughput NEB for Li-Ion Conductor Discovery via Fine-Tuned CHGNet Potential
本文提出将微调CHGNet势能与高通量NEB框架结合，加速预测锂离子迁移势垒，并在LATP及Pnma群结构中筛选出具有低活化能和高离子电导率的快离子导体候选材料。
2025-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Automation methodologies and large-scale validation for $GW$, towards high-throughput $GW$ calculations
基于计算筛选的新材料的研究依赖于以自动方式准确预测总能量、原子尺度几何形状和材料的其他基本特性的方法。许多技术上重要的材料性质直接来源于材料的电子结构，但通常的总能量的主力，即密度泛函理论，受到基本缺陷和近似交换相关泛函在预测电子结构时的错误的困扰。不同的是，$GW$方法是目前用于精确电子结构的最先进的{ \em ab initio}方法。它主要用于微扰校正密度泛函理论的结果，但无论如何计算要求很高，并且还需要专家知识来给出准确的结果。因此，它目前没有用于高通量筛选：缺乏用于建立计算和确定收敛的完全自动化的算法。在这项工作中，我们开发了这样一种方法，并作为第一个应用程序，使用它来验证$G_0W_0$的准确性使用PBE的起始点，和戈比需要等离子体激元极模型（$G_0W_0^\textrm{GN}$ @PBE），一组约80固体。自动收敛研究的结果提供了宝贵的见解。事实上，我们发现计算参数之间的相关性，可用于进一步提高$GW$计算的自动化。此外，我们发现$G_0W_0^\textrm{GN}$ @PBE显示PBE和$G_0W_0^\textrm{GN}$ @PBE间隙之间的相关性比$GW$和实验间隙之间的相关性强得多。然而，$G_0W_0^\textrm{GN}$ @PBE间隙仍然比基于PBE间隙的线性模型更准确地描述了实验间隙。
2017-09-25 cond-mat.mtrl-sci
