Accelerating Cathode Material Discovery through Ab Initio Random Structure Searching
本文利用不依赖已有数据的从头算随机结构搜索（AIRSS）方法，仅凭化学组成高效预测含铁聚阴离子正极材料的低能量结构，成功重现已知多晶型并发现更稳定的LiFeSO4F新相，验证了该方法加速新型正极材料发现的潜力。
2021-12-01 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
Quasiparticle band alignment and stacking-independent exciton in MA$_2$Z$_4$ (M = Mo, W, Ti; A= Si, Ge; Z = N, P, As)
受最近合成的二维半导体MoSi $_2$ N $_4$的启发，我们利用从头算GW和Bethe-Salpeter方程计算系统地研究了单层MA $_2$ Z $_4$（M = Mo，W，Ti; A= Si，Ge; Z = N，P，As）中的准粒子能带排列和激子.与密度泛函理论（DFT）的计算结果相比，我们的GW计算揭示了更显著的带隙和不同的准粒子绝对能量，但预测了相同类型的能带排列。
2022-07-09 cond-mat.mtrl-sci
Edge dislocation core structures in FCC metals determined from ab initio calculations combined with the improved Peierls-Nabarro equation
本文用改进的Peierls-Nabarro（P-N）方程研究了<110>面心立方金属Al、Cu、Ir、Pd和Pt中{111}面1/2刃位错的性质。利用第一性原理密度泛函理论计算了进入方程的广义层错能（GSFE）面。该方法的准确性已被测试，通过计算值的各种堆垛层错能量有利地与以前的理论和实验结果相比。研究了刃型位错的芯结构，包括刃型位错和螺型位错的芯宽度，刃型位错的离解行为。计算得到的Al分子的离解距离与DFT数值模拟、分子动力学模拟和实验结果吻合较好。我们的计算表明，它是优选的，以创建部分位错在Cu中，并容易观察到的Al，Ir，Pd，特别是Pt的全位错。
2011-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio energetics of graphite and multilayer graphene: stability of Bernal versus rhombohedral stacking
人们对扭曲双层石墨烯中的超导性的观察感到非常兴奋，这种超导性与接近费米能级的平带有关。这种相关的电子态也发生在多层菱面体堆叠的石墨烯（RG）中，这在过去几年中受到越来越多的关注。然而，在天然和人造样品中，多层堆叠的Bernal石墨烯（BG）更频繁地出现，使得需要确定它们的相对稳定性以及在哪些条件下RG可能是有利的。在这里，我们使用第一性原理计算研究了BG和RG的能量学以及多层堆叠的石墨烯。它表明，电子温度，没有占在以前的研究中，起着至关重要的作用，在确定哪个阶段是首选。我们还表明，在室温下的低能态包括BG，RG和混合BG-RG系统具有特定类型的接口。计算了N = 12层时所有堆垛序列的能量，并用伊辛模型进行拟合，该模型也适用于较大的N层。通过这种方式，可以根据一些参数来确定和分析低能SS的排序。我们的工作澄清了文献中不一致的结果，并为在第一性原理计算中研究外部因素对多层石墨烯体系稳定性的影响奠定了基础。
2021-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A novel intrinsic interface state controlled by atomic stacking sequence at interfaces of SiC/SiO$_2$
基于从头算的总能电子结构计算，我们发现SiC/SiO $_2$界面局域电子态出现在SiC体导带底（CBM）以下0.3 eV和以上1.2 eV之间的能量区域，对界面附近SiC中原子双层的排列顺序很敏感.这些新的界面态在过去是未被认识的，这是由于沿晶体学通道分布的CBM态的特殊特性。我们还发现，电子掺杂修改的能量之间的不同堆叠结构。讨论了在不同SiC表面上制作的电子器件的性能。
2017-04-24 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio based empirical potential applied to tungsten at high pressure
密度泛函理论力、应力和能量包括一个数据库，从该数据库中确定结合Stillinger-Weber和修改的嵌入原子形式的基于样条的经验势的最佳参数。的潜力的准确性证明了理想的剪切，堆垛层错，空位迁移，弹性常数和声子之间的0和100 GPa的预测。与现有的模型和实验的一致性证明了应用程序的螺旋位错核心结构和变形孪晶在钨纳米棒。最后，利用该势研究了高压下bcc到fcc的相变。
2017-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio calculation of phonon dispersion curves: accelerating q point convergence
我们提出了一个方案，改进的描述的长程原子间力常数在一个更准确的方式比通常使用的平面波为基础的密度泛函微扰理论计算的程序。我们的计划是基于包含一个q点网格，这是密集的布里渊区的中心周围的一个限制区域比在其余部分，即使该方法不限于伽玛周围的区域。我们已经在考虑bct和sh结构的体硅高压相的情况下测试了我们的程序的有效性。
2007-07-03 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen and vacancy clustering in zirconium
用从头算方法研究了六方密排锆中溶质氢对空位团稳定性的影响，包括H振动的贡献。密度泛函理论中的原子模拟证明了H与小空位团簇的强结合。氢对大空位环的影响通过其与堆垛层错的相互作用来模拟。的热力学模型的H偏析的各种故障，依赖于从头计算结合能，表明这些故障是丰富的H，导致堆垛层错能的减少。这与实验观察到的空位环对H的捕获是一致的。更强的捕获，从而更强的稳定，是获得的空位环躺在基面，即负责在高辐照剂量下观察到的脱离生长的环。
2015-09-03 cond-mat.mtrl-sci
High-Ti induced planar-fault transformation toward superlattice extrinsic stacking faults and microtwins in crept CoNi-based superalloys
Helmholtz-Zentrum Hereon（赫尔姆霍茨-海雷恩中心）；Tsinghua University（清华大学）；University of Stuttgart（斯图加特大学）；University of Twente（特文特大学）；Southeast University（东南大学）；Central South university（中南大学）
高钛含量促进CoNi基超合金中超晶格外在堆垛fault和微孪晶形成，通过改变平面滑移机制提升蠕变性能。
2026-01-10 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Sn on generalized stacking fault energy surfaces in zirconium and its hydrides
锆合金燃料包壳的氢脆是水基核反应堆的主要安全问题。在这里，我们研究了稳定的平面缺陷内形成的锡，主要合金元素的锆-4中使用的包层。为了解释在我们的实验中观察到的晶体缺陷和平面缺陷的形成，我们进行了原子尺度的从头计算，重点是在hcp $α$ -Zr和fcc锆晶体中与广义堆垛层错的溶质相互作用。我们的计算表明，Sn浓度的增加导致$α$ -Zr和氢化物相中的堆垛层错的稳定化。然而，Sn在$α$ -Zr中的溶解焓比其它氢化物相低，这表明在Zr氢化物/基体界面处存在两个Sn贫化/富集的竞争过程。实验结果证实了这一点，其中Sn被排斥的氢化物和大多数被发现被困在界面和平面缺陷内的氢化物相堆垛层错的指示。我们的系统研究使我们能够了解氢化物相中溶质的存在和分布，从而更深入地了解这种合金在其使用寿命期间的性能的微观结构演变。
2022-09-19 cond-mat.mtrl-sci
Pi-stacking in charged thiophene oligomers
用量子化学从头算方法研究了氧化噻吩低聚物的π堆积。单电荷低聚噻吩的二聚体被发现在气相中是不稳定的，但可以通过可极化溶剂如乙腈稳定为单线态的结合二价阳离子。我们的计算提供了一个详细的描述的机制和能量参与的二聚现象，并突出了稳定的堆栈中的环境的作用和重要性。需要准确的治疗电子相关性和溶剂化效应，这些材料的现实描述强调。
2004-09-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
A stacking-fault based microscopic model for platelets in diamond
我们提出了一个新的微观模型的$\{001\}$平面缺陷的金刚石通常称为血小板。该模型是基于亚稳态堆垛层错的形成，这可能是因为碳在不同的键合构型中稳定的能力而发生的。在我们的模型中，平面缺陷的核心基本上是嵌入在普通$sp^3$金刚石结构中的三重配位$sp^2$碳原子的双层。使用{ \it ab initio}总能量计算确定模型的性质。所有重要的实验签名归因于血小板，即，沿$[001]$方向的晶格位移，$[110]$和$[1\bar{1}0]$方向之间的不对称性，红外吸收峰$B^\prime$，和广泛的发光线，表明在带隙中的水平的引入，自然占在我们的模型。从动力学的角度来看，该模型也是非常有吸引力的，因为自然发生的剪切过程将导致亚稳断层的形成。
2004-09-20 cond-mat.mtrl-sci
Accurate complex-stacking-fault Gibbs energy in Ni3Al at high temperatures
本文利用从头算框架计算了Ni3Al中复杂层错的吉布斯自由能，揭示了其随温度的变化规律及非谐效应来源，并发现交滑移能垒随温度升高而增加。
2025-08-21 cond-mat.mtrl-sci
Novel Cross-Slip Mechanism of Pyramidal Screw Dislocations in Magnesium
与立方金属相比，立方金属的主要滑移模式包括12个等效系统，六方密排金属的较低的晶体对称性导致等效主要滑移的数量减少和塑性的各向异性，导致在环境温度下的脆性。在较高的温度下，六方密堆积金属的延展性提高由于二次c+a金字塔滑移系统的激活。因此，了解相应位错的基本性质对于改善室温下的延展性至关重要。在这里，我们提出了大规模的从头计算的结果为c+一个金字塔形的螺旋位错在镁，并表明他们的滑移行为是一个鲜明的反例的传统智慧，滑移面是由堆垛层错位错平面。解离的部分位错之间的堆垛层错可以呈现非平面形状，其能量消耗可以忽略不计，并且可以通过原子的局部重排垂直于其平面迁移。部分位错在{2-1-12}平面上解离，在{01-11}平面中“滑动”，响应于所施加的剪切应力而拖曳堆垛层错。这一发现解决了在实验中观察到{2-1-12}和{01-11}滑移迹线而从头计算表明位错优选在{01-11}平面中解离的明显差异。
2016-05-11 cond-mat.mtrl-sci
Temperature-dependent stability of polytypes and stacking faults in SiC: reconciling theory and experiments
由于理论和实验之间的差异，SiC多型体的相对稳定性随温度变化，大约三十年来一直被认为是一个悖论。基于包括范德华修正的从头计算，得到了与实验观测相一致的温度依赖的多型图。结果很容易解释的基础上的六角形的内聚能和熵的影响。层错的温度依赖性的稳定性进行了分析，发现与实验证据。我们的研究结果表明，在SiC晶体沉积过程中的较低温度是有利的，以减少无处不在的堆垛层错在SiC为基础的功率器件。
2019-03-05 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Interface magnetic moments enhancement of FePt-L1$_0$/MgO(001): an ab-initio study
用密度泛函方法研究了FePt-L_1 $_0$与MgO（001）合金的界面。由于面心四元L1 $_0$相的堆叠是由交替的Fe和Pt平面形成的，因此研究了Fe和Pt终止的接触层。此外，由于这两个系统的面内晶格常数之间的大的失配，我们选择了一些共同的$a$值为两种合金，以探索详细的吸附能，电子结构和界面磁性。通过从总能量中减去清洁的FePt和MgO合金的能量来计算吸附能。当Fe/Pt原子位于O物种的$top$上时，其优选的吸附几何位置对于其余位置具有较小的吸附能。我们发现，扩大MgO晶格增强的磁矩的Fe物种，但Pt的时刻几乎保持不变。
2013-12-16 cond-mat.mtrl-sci
First order pyramidal slip of 1/3 <1-210> screw dislocations in zirconium
基于经验原子间相互作用势和从头计算的原子模拟方法，研究了<1-210>六方密排锆中1/3螺位错的锥滑移。广义层错计算揭示了一个亚稳态层错在一级金字塔{10-11}平面，这对应于一个基本的金字塔孪晶。这种故障是在起源的亚稳态配置的螺旋位错在锆，这自发出现时，位错在锥面滑动。
2014-10-05 cond-mat.mtrl-sci
First-principles study of the Mn, Al and C distribution and their effect on the stacking fault energies in austenite
采用从头计算方法模拟了奥氏体中杂质锰、铝和碳的分布，揭示了杂质锰、铝和碳在奥氏体中的不均匀分布，包括间隙碳原子的排斥、Mn-C键对的形成以及Al的短程有序D 03型。对Fe-Mn-Al-C合金中层错的形成机制进行了研究，发现杂质仅在层错附近的几个原子间层内对层错能有影响。结果表明，堆垛层错能不依赖于基体中杂质的平均浓度，而对堆垛层错缺陷附近的杂质浓度非常敏感。我们预测，锰显示出轻微的倾向SF附近的偏析，而碳更喜欢位于远离堆垛层错区域。铝和碳杂质均线性增加SFE，而Mn-C对的形成和短程铝有序化抑制SFE的生长。Fe-Al-C合金中的短程有序强烈影响位错形核的能垒，并可能导致软化现象。
2012-08-01 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Ab-initio tensile tests applied to BCC refractory alloys
本文采用 ab-initio 拉伸变形模拟研究多种 Nb/Mo 基二元及四元 BCC 难熔合金，揭示峰值应力与价电子数的关系，并比较其与 Pugh 比等延性指标的关联。
2023-12-05 cond-mat.mtrl-sci
Crystal chemistry and ab initio prediction of ultra-hard rhombohedral B2N2 and BC2N
新的超硬菱方体B_2N_2和BC_2N-或六方体B_6N_6和B_3C_6N_3-是基于图解2D => 3D转变机制的晶体化学原理从3R石墨衍生的。基于密度泛函理论（DFT）和交换相关（XC）效应的广义梯度近似（GGA）的计算，完全无约束的几何优化导致基态能量结构和作为能量-体积状态方程（EOS）的能量导出量。新的二元和三元相的特点是四面体堆积像金刚石，可视化与电荷密度表示，并说明离子的字符。一方面，立方BN和rh-B2N2之间的原子平均总能量相似，另一方面，菱形BC2N相对于立方和斜方晶形式具有更大的稳定性（在文献中从有利的C-C和B-N键合评估）。电子能带结构是绝缘体的特征，具有Egap~5 eV。两个相的特征在于大的体积和剪切模量以及非常高的硬度值，即HV（rh-B2N2）= 74 GPa和HV（rh-BC2N）= 87 GPa。
2021-03-11 cond-mat.mtrl-sci
A machine-learning framework for accelerating spin-lattice relaxation simulations
提出一种基于机器学习的加速计算框架预测分子振动和自旋-声子耦合系数，在三种开壳层配位化合物上实现与从头算半定量至定量吻合，计算成本降低约80%，并扩展至分子动力学模拟。
2024-10-11 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
Nudged elastic band calculations of stacking and dislocation pathways in diamond
本文利用从头计算和NEB方法研究金刚石{111}面堆垛与位错的最小能量路径，发现glide-set能垒仅为传统路径的三分之一，揭示其可绕过高峰，为理解金刚石塑性提供新见解。
2025-02-05 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Ab initio tight-binding Models for Mono- and Bilayer Hexagonal Boron Nitride (h-BN)
本文基于极大局域万尼尔函数从头算推导出单层和双层h-BN的有效紧束缚模型，通过考虑四近邻跃迁、应变拟合参数化及双中心近似推广层间跃迁，实现了对K点和M点带边及扭转体系电子结构的精确描述。
2024-09-03 cond-mat.mtrl-sci
Revisiting and Accelerating the Basin Hopping Algorithm for Lennard-Jones Clusters: Adaptive and Parallel Implementation in Python
本研究提出自适应并行的Basin Hopping算法实现，结合自适应步长蒙特卡罗与并行候选结构评估，在Lennard-Jones团簇全局优化中实现近线性加速，且可扩展至DFT等从头算计算。
2025-10-29 cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio calculations of carbon and boron nitride allotropes and their structural phase transitions using periodic coupled cluster theory
我们提出了一个从头计算研究氮化硼以及碳同素异形体。它们的相对热力学稳定性和结构相变从低到高密度相的研究。压力-温度相图的计算和实验结果进行比较。计算采用量子化学波函数以及密度泛函理论。我们的研究结果表明，预测的能量差异往往取决于所采用的方法的选择显着。计算结果和实验结果之间的比较允许基准的准确性，不同层次的理论。所产生的结果表明，量子化学波函数为基础的理论允许实现系统的改进估计。我们发现，在耦合集团理论的水平上，氮化硼的低密度相和高密度相在0 K时都发生了热简并。这与最近的实验结果一致，表明立方氮化硼在环境条件下不是化学稳定的同素异形体。此外，我们采用计算结果来评估过渡概率从石墨低密度到类金刚石高密度相在一个近似的方式。我们的结论是，母石墨材料的堆叠顺序是至关重要的可能形成的亚稳纤锌矿氮化硼和六方碳金刚石也被称为lonsdaleite。
2019-02-21 cond-mat.mtrl-sci
Accelerating the Training and Improving the Reliability of Machine-Learned Interatomic Potentials for Strongly Anharmonic Materials through Active Learning
Max-Planck-Gesellschaft（马克斯·普朗克学会）；FHI（弗里茨·哈伯研究所）；The NOMAD Laboratory（NOMAD实验室）
针对强非谐材料中机器学习原子间势因训练集不足导致动力学描述不当的问题，提出结合MLIP-MD与不确定性估计的主动学习方案，经112种材料筛选及原型材料验证，可有效解决相关问题并提升势函数可靠性。
2024-09-18 cond-mat.mtrl-sci cs.LG
Accelerating CALYPSO Structure Prediction by Data-driven Learning of Potential Energy Surface
从头算结构预测方法已被广泛应用于结构搜索和材料发现。然而，由于基础密度泛函理论（DFT）计算的沉重计算成本，它们通常限于小系统。在这项工作中，通过将最先进的机器学习（ML）势与我们内部开发的CALYPSO结构预测方法相结合，我们开发了两种用于大型系统结构预测的加速方案，其中ML势被预先构建以完全取代DFT计算或在结构搜索期间从头开始以动态方式进行训练。所开发的计划已被应用到中型和大型硼团簇，这是具有挑战性的情况下，建设ML潜力和广泛的结构搜索。B36和B40簇的实验结构可以很容易地复制，并提出了B84簇的推定的全局最小结构，如果与完全基于DFT的结构搜索相比，明显减少了几个数量级的计算成本。我们的研究结果表明，通过结合最先进的结构预测方法和ML技术，对大型系统的结构预测的可行路线。
2018-02-09 cond-mat.mtrl-sci
MEAM potentials for Al, Si, Mg, Cu, and Fe alloys
为了研究金属合金化过程中Al、Si、Mg、Cu和Fe之间的相互作用，将各元素的MEAM势结合起来，建立了一套改进的嵌入原子法（MEAM）势。与从头算生成的广义层错能曲线相比，以前发表的单元素MEAM参数已被改进，以更好地符合广义层错能（GSFE）曲线。元素对的MEAM参数是根据从头计算获得的NaCl参考结构中元素对的结构和弹性性质构建的，并进行调整以重现最稳定的二元化合物的从头计算生成热。新的MEAM潜力进行了验证，通过比较缺陷的形成能，平衡体积，弹性模量，和生成热的几个二元化合物与从头计算模拟和实验。使处于其基态晶体结构的单个元素经受加热以测试高温下的电势。修改了Al势以避免在高温下形成非物理固体结构。测定了AA 6061合金的热膨胀系数，并与实验值进行了比较。在这项工作中进行的MEAM潜在的测试，利用通用的原子模拟环境（ASE），分布，以促进结果的再现性。
2012-03-08 cond-mat.mtrl-sci
Boosting the efficiency of ab initio electron-phonon coupling calculations through dual interpolation
固体中电子和声子之间的耦合在描述许多现象中起着核心作用，包括超导性和热电输运。这种耦合的计算是非常苛刻的，因为它们需要对电子和声子动量进行积分，这两者都独立地跨越晶体的布里渊区。在这里，我们提出了一个从头算方法，有效地计算电子-声子介导的输运性质显着加快计算的双重积分与对偶插值技术，结合最大本地化的Wannier函数与Alfrey适应的平面波。相对于当前技术水平的Wannier-Fourier插值的性能增益约为2n_s \times M，其中n_s是晶体对称操作的数目，并且M（在5 - 60范围内的数）控制星函数的展开。我们演示了几个例子，我们的方法如何进行一些从头计算涉及电子-声子相互作用。
2020-07-10 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Structure change, layer sliding, and metallization in high-pressure MoS$_{2}$
基于从头计算和亚自洽能模拟，我们预测2 H-MoS $_2$，一种层状绝缘体，在超过20-30 GPa的压力下将金属化。在相同的压力范围内，模拟和焓优化预测结构转变。在这种转变中发生层的自由相互滑动，原始的2 H $_c$堆叠变为典型的2 H-NbSe $_2$的2 H $_a$堆叠，这一事件首次解释了先前神秘的X射线衍射和拉曼光谱数据。声子和电子声子计算表明，原始的MoS $_2$，一旦金属化，将需要超高压，以发展超导性。
2013-01-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Accelerating point defect photo-emission calculations with machine learning interatomic potentials
本文提出利用通用机器学习原子间势替代DFT计算声子模式，以从头算精度加速光致发光光谱计算，速度提升超一个数量级，并在791个色心及分子发射体上验证了高精度，为缺陷材料高通量筛选铺路。
2025-09-08 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph physics.comp-ph
Accelerating first-principles estimation of thermal conductivity by machine-learning interatomic potentials: A MTP/ShengBTE solution
从实验和理论的角度来看，准确评估材料的热导率可能是一项具有挑战性的任务。特别是对于纳米结构材料，热导率的实验测量与不同来源的不确定性有关。作为一种可行的替代实验，结合密度泛函理论（DFT）模拟和玻尔兹曼输运方程的解决方案，目前被认为是最值得信赖的方法来研究热导率。上述方法的主要瓶颈是使用计算要求高的DFT计算获得非谐原子间力常数。在这项工作中，我们提出了一个大大加快的方法，通过采用机器学习原子间势（MLIPs）训练过短从头分子动力学轨迹的非谐原子间力常数的评估。建议的加速方法的显着的准确性被确认通过比较估计的几个散装和二维材料的热导率与全DFT方法计算的。在这项研究中提出的MLIP为基础的方法可以作为一个标准的工具，这将大大加快和方便的晶格热导率的估计相比，常用的全DFT解决方案。
2020-09-06 cond-mat.mtrl-sci
Prediction of stable Li-Sn compounds: boosting ab initio searches with neural network potentials
Li-Sn二元系统一直是广泛研究的焦点，因为它具有作为电池阳极的潜在应用的富锂合金。我们目前结合机器学习和从头算方法对二元系统进行的重新研究使我们能够筛选出巨大的配置空间，并发现了一些被忽视的化学稳定合金。在环境压力下，我们的进化搜索确定了一种新的稳定的Li $_3$ Sn相，其具有大的基于BCC的hR 48结构和可能的高T LiSn $_4$基态。通过为观察到的和预测的Li-Sn BCC合金构建一个简单的模型，我们构建了一个甚至更大的可行的hR 75结构，化学计量比为19：6。在20 GPa，新的11：2，5：1，和9：2阶段发现与我们的全球搜索不稳定先前提出的阶段与高锂含量。这些发现展示了机器学习原子间势在加速复杂材料从头算预测方面的可观前景。
2022-03-11 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Unraveling the Optical Signatures of Polymeric Carbon Nitrides: Insights into Stacking-Induced Excitonic Transitions
本研究通过ab initio计算揭示聚碳氮化物（PCNs）的结构诱导光学性质，发现缩合度与褶皱度影响电子/空穴局域化及π电子能级，并阐明了二维与三维结构间激子光物理过程的差异，为材料性能提升提供新见解。
2024-03-22 cond-mat.mtrl-sci
Magnetism in Disordered Graphene and Irradiated Graphite
采用平均场哈伯德模型和第一性原理计算相结合的方法，系统地研究了无序石墨烯和辐照石墨的磁性.通过考虑石墨烯的大尺度无序模型，我得出结论，只有单原子缺陷可以在石墨烯基材料中诱导铁磁性。石墨烯层的保留的堆叠顺序被示出为实现有限的净磁矩的辐照石墨的另一个必要条件。氢的结合和扩散的从头计算和电子-空位复合进一步证实了堆积顺序在质子轰击石墨的$π$ -电子铁磁性中的关键作用。
2008-07-17 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab initio prediction of the mechanical properties of alloys: The case of Ni/Mn-doped ferromagnetic Fe
采用第一性原理合金理论，结合精确的Muffin-tin轨道方法和相干势近似，研究了铁磁体心立方（bcc）Fe $_{1-x}$ M $_x$合金（M=Mn或Ni，$0\le x \le 0.1$）的力学性能.我们考虑几个物理参数访问\emph{ab initio}计算和它们的组合在各种唯象模型比较Mn和Ni的Fe的性能的影响。合金化轻微改变晶格参数，对弹性模量产生显著影响。Mn和Ni都分别降低了与$\{110\}$表面小面和$\{110\}\langle111\rangle$滑移系相关的表面能和不稳定堆垛层错能。发现镍比锰对平面缺陷能量产生更大的影响。Rice和Pugh的半经验延展性准则一致地预测Ni增强Fe的延展性，但在Mn掺杂的情况下给出矛盾的结果。讨论了这两个标准之间的差异的起源，并提出了基于理论解理强度和单晶剪切模量$G\{110\}\langle111\rangle$的韧脆行为的替代措施。
2015-05-20 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Homogeneous ice nucleation in an ab initio machine learning model of water
分子模拟提供了有价值的深入了解的微观机制下均匀的冰成核。虽然经验模型已被广泛用于研究这一现象，但迄今为止，基于第一性原理计算的模拟被证明过于昂贵。在这里，我们通过使用在密度泛函理论（DFT）能量和力上训练的高效机器学习模型来规避这个困难。我们计算成核率在大气压下，在广泛的过冷，使用播种技术和系统的从头计算精度模拟高达数十万个原子。播种技术提供的关键量是临界簇的大小（即，尺寸使得团簇在给定的过饱和度下具有相等的生长或熔化概率），其与经典成核理论的方程一起用于计算成核速率。我们发现，我们的模型在适度的过冷度的成核率是在我们的计算误差与实验测量吻合得很好。我们还研究了热力学驱动力，界面自由能，堆积无序等性能的影响计算速率。
2022-08-24 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
A general-purpose neural network potential for Ti-Al-Nb alloys towards large-scale molecular dynamics with ab initio accuracy
针对高Nb TiAl合金缺乏精确原子间势的问题，开发了结合主动学习的Ti-Al-Nb通用机器学习势，以从头算精度实现数千万原子的大规模分子动力学模拟，并准确描述Nb掺杂效应，为高温TiAl合金研究奠定基础。
2024-03-14 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Ab initio study on photocatalytic properties of PtSSe-WXY Janus heterostructures
该研究通过从头算方法评估Janus PtSSe与WXY构成的范德华异质结构的光催化性能，发现特定构型的PtSSe-WSeTe双层是HER、OER和CO₂还原的潜在光催化剂，而PtSSe-WSTe可探索用于热电或红外光伏。
2025-10-10 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Influence of simple metals on the stability of $\langle a\rangle$ basal screw dislocations in hexagonal titanium alloys
在密排六方晶钛合金中，基底滑移作为一种次级变形方式，成为钛合金化的主要机制之一。由于这些溶质元素也导致基底堆垛层错能量的显著降低，因此可以假设它们促进位错的基底解离，然后位错可以容易地在基面中滑动。在这里，我们验证了这一假设的有效性，使用从头计算模型的螺位错与铟（In）和锡（Sn）的相互作用。这些计算证实，这些简单的金属被吸引的堆垛层错存在于位错核心时，它是在一个基面解离，但这种相互作用是不够强，以稳定的平面配置，即使在核心中的高溶质浓度。能垒计算表明，基底滑移，在存在的In和Sn，进行没有任何平面解离，与位错被传播在金字塔和棱柱形的平面在基底滑移像在纯钛。相应的能垒较高的溶质原子的存在下，表明在和Sn不缓解基底滑移，但增加相应的晶格摩擦。这种强化的基础滑移溶质原子进行了讨论，鉴于现有的实验数据。
2019-09-26 cond-mat.mtrl-sci
Accelerating Crystal Structure Prediction Using Data-Derived Potentials: High-Pressure Binary Hydrides
本文用迭代 AIRSS 数据训练的 EDDP 加速 100 GPa 二元氢化物结构搜索，发现多种富氢、超分子及亚化学计量新相，并指出通用 MLIP 仍需针对性数据。
2025-09-27 cond-mat.mtrl-sci
Accelerating the electronic-structure calculation of magnetic systems by equivariant neural networks
本文提出等变深度学习框架，直接由磁性构型预测第一性原理 Hamiltonian 矩阵，绕过 DFT 自洽迭代，并在自旋螺旋、非共线反铁磁及数千原子 NiBrI 斯格明子体系中验证了精度与效率。
2023-06-02 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Mechanical Deformation of Nanoscale Metal Rods: When size and shape matters
理解材料的纳米力学响应是一项科学挑战。在这里，我们已经使用原位电子显微镜，以揭示剧烈的变化，第一次在变形的1 nm宽的金属棒作为温度的函数的结构行为。在300 K，拉伸的纳米线保持无缺陷，而在150 K，伸长率与平面缺陷。随着尺寸的减小，能量势垒变得如此之小，以至于环境热能足以克服它们。纳米棒显示出弹性状态，直到具有足够高的阻挡屏障的机制可以成核。从头计算表明，从表面台阶的贡献推翻堆垛层错能量在纳米棒，在这样一种方式，系统的大小和形状决定首选的故障滑动方向。这会导致各向异性行为，甚至在拉伸或压缩的弹性或塑性响应中存在很大差异。这些结果提供了一个新的框架，以改善理论模型和原子势来描述纳米尺度下的力学性能。
2009-10-21 cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio calculation of point defect equilibria during heat treatment: Nitrogen, hydrogen, and silicon doped diamond
点缺陷是材料中广泛的光电特性的原因，因此设计它们的浓度对于新材料设计至关重要。然而，考虑到在共掺杂的半导体和介电材料中的过多缺陷以及缺陷形成能对热处理参数的依赖性，基于实验试错方法的工艺设计不是有效的策略。这使得有必要探索预测热处理过程中的缺陷平衡的计算途径。关于金刚石中缺陷转化的实验知识的积累是无与伦比的。因此，金刚石是一个很好的基准计算方法的材料。以氮、氢和硅掺杂金刚石为模型体系，研究了金刚石热处理过程中缺陷形成能与压力的关系，并通过从头计算方法计算了金刚石热处理过程中的缺陷平衡。我们绘制了各种缺陷的单片Kröger-Vink图，表示基于工艺参数的缺陷浓度，例如金刚石热处理过程中使用的气体的温度和分压。该方法表明预测的大部分实验数据，如氮聚集路径导致形成的B中心，退火的B，H3，N3，和NVHx中心在超高温下，SiV中心的热稳定性，和NV浓度的温度依赖性。我们展示了通过使用相对便宜但稳健的第一原理方法来设计各种半导体和介电材料的热处理的可能性，显著加速了缺陷工程和高通量新型材料设计。
2021-11-22 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Accelerating $GW$-Based Energy Level Alignment Calculations for Molecule-Metal Interfaces Using a Substrate Screening Approach
在分子和金属之间形成的界面处的电子能级排列的物理学通常可以通过\emph{ab initio} $GW$方法准确地捕获。然而，对于典型界面的这种$GW$计算的计算成本是显著的，考虑到它们的大系统尺寸和化学复杂性。在过去，近似的自能校正，如从图像电荷模型与气相分子水平校正一起构建的那些，已被用来计算具有良好精度的水平对齐。然而，这些方法往往忽略了极化率的动力学效应，并需要定义一个图像平面。在这项工作中，我们提出了一个新的近似，使更有效的$GW$质量计算的接口，在那里我们大大简化了非相互作用的极化率，一个主要的瓶颈，大型异构系统的计算。这是通过首先计算界面的每个单独组分的非相互作用极化率来实现的，例如，分子和金属，而不使用大的超晶胞;然后使用折叠和空间截断技术来有效地组合这些量。总的来说，这种方法显著降低了传统的水平对准的$GW$计算的计算成本，而不牺牲精度。此外，这种方法捕捉动态和非局部极化效应，而不需要调用一个经典的图像电荷表达式或定义一个图像平面。我们证明了我们的方法，通过考虑一个模型系统的苯在相对较低的覆盖率在铝（111）表面。尽管该方法是为此类接口开发的，但它可以很容易地扩展到其他异构接口。
2019-04-03 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Accelerating material melting temperature predictions by implementing machine learning potentials in the SLUSCHI package
本研究将SLUSCHI软件包与LAMMPS代码及LASP机器学习势接口，将材料熔化温度预测速度提升至少一个数量级，在大幅降低计算成本的同时保持了合理的准确性，从而高效筛选材料候选者。
2024-08-24 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Accelerating GW calculations of point defects with the defect-patched screening approximation
本研究提出缺陷补缀屏蔽近似，将多电子屏蔽拆分为本征屏蔽与缺陷诱导屏蔽分别计算，大幅加速点缺陷的GW计算，结果与直接模拟吻合，为新型量子应用的缺陷筛选提供高效方法。
2023-10-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
General-Purpose Machine-Learned Potential for CrCoNi Alloys Enabling Large-Scale Atomistic Simulations with First-Principles Accuracy
Aalto University（阿尔托大学）；NOMATEN Centre of Excellence, National Center for Nuclear Research（国家核研究中心卓越中心）
本文提出一种通用机器学习势能模型，用于CrCoNi合金，实现高精度大尺度原子模拟，准确预测相变和力学性能。
2026-03-26 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
