Accelerated Discovery of Crystalline Materials with Record Ultralow Lattice Thermal Conductivity via a Universal Descriptor
Northwestern Polytechnical University（西北工业大学）；CRISMAT, CNRS, Normandie Univ, ENSICAEN, UNICAEN（诺曼底大学，卡昂国立高等工程学院，法国国家科学研究中心材料研究化学实验室）；Thayer School of Engineering, Dartmouth College（达特茅斯学院塔克工程学院）；Institute Laue Langevin（朗之万研究所）；FZU - Institute of Physics of the Czech Academy of Sciences（捷克科学院物理研究所）；ShanghaiTech Laboratory for Topological Physics & School of Physical Science and Technology, ShanghaiTech University（上海科技大学物理科学与技术学院拓扑物理实验室）；Université de Lorraine, CNRS, IJL（洛林大学，法国国家科学研究中心，界面与层析实验室）
通过通用描述符和高通量筛选发现具有极低热导率的晶体材料，结合实验验证其极低热导率的成因
2025-11-27 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio calculations of the atomic and electronic structures of crystalline PEO3:LiCF3SO3 electrolytes
PEO 3：LiCF 3SO 3聚合物电解质由于其在高电导率聚合物电池的锂/聚合物界面处的增强的稳定性而吸引了重要的研究。实验研究表明，根据制备条件，可以形成PEO 3：LiCF 3SO 3结晶复合物和PEO 3：LiCF 3SO 3非晶相。然而，以前的理论研究主要集中在短链无定形PEO 3：LiCF 3SO 3系统。我们报告从头计算密度泛函理论计算的结晶PEO 3：LiCF 3SO 3。计算结果与实验测量结果吻合较好。
2015-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Dual functions of anti-reflectance and surface passivation of the atomic layer deposited Al2O3 films on crystalline silicon substrates
研究了原子层沉积法在硅衬底上制备的Al 2 O3薄膜的表面减反射和钝化特性。具有100 nm Al 2 O3的织构化Si显示出非常低的平均反射率，约为2.8%。p型和n型Si晶片都被Al 2 O3膜钝化。在适当的温度下退火后，p型和n型Si的最大少子寿命从Al 2 O3钝化前的约10 μs提高到3 ms以上。我们的研究结果表明，抗反射和表面钝化的c-Si太阳能电池的应用中的双重功能。
2012-07-03 cond-mat.mtrl-sci
Machine Learning for Atomic Forces in a Crystalline Solid: Transferability to Various Temperatures
最近，机器学习已经成为预测分子和固体的量子力学性质的一种替代的、强大的方法。在这里，使用核岭回归和代表原子局部环境的原子指纹，我们在晶体硅系统上训练了一个机器学习模型，以便直接预测在广泛温度范围内的原子力。我们的想法是使用在较高温度或温度范围的上限下从正则系综模拟中获取的量子力学数据集来构建机器学习模型。在300 ~ 1650 K的温度范围内，力的预测误差相对于相应的力范围约为2%或更小。我们还验证了对更大系统的适用性，确保了系统大小的可移植性。
2016-08-26 cond-mat.mtrl-sci
The local atomic packing of a single-component glass is quasi-crystalline
我们早期对Lennard-Jones原子的亚稳过冷液相和玻璃相的蒙特卡罗模拟发现了几个用于识别玻璃化转变边界的不同特征;即，密度、焓和对分布函数对温度和压力的依赖性对于两相是不同的（F. F. Abraham，J. Chem. Phys.，72，359（1980））。在该研究的扩展中，我们基于Ackland-Jones（A-J）方法来确定每个原子的局部晶体堆积（G。Ackland & A. Jones，PRB 73，054104（2006））。它侧重于每个单独的原子周围的局部原子的角分布，并比较它与已知的FCC，HCP，BCC，二十面体包装在一个指定的不确定性从完美的包装。值得注意的是，对我们模拟的玻璃态的A-J方法表明，单个原子的局部原子堆积主要是结晶的;即，准FCC、HCP或BCC。
2015-05-01 cond-mat.mtrl-sci
Comparison of the atomic level structure of the plastic crystalline and the liquid phases of CBr2Cl2: neutron diffraction and Reverse Monte Carlo modeling
用反向蒙特卡罗方法模拟了塑性结晶二氯二溴甲烷（CBr_2Cl_2）的中子衍射结果。在原子结构（总散射结构因子，部分径向分布函数，取向和偶极-偶极相关性）的几个层次上提供与其液相的比较。结果表明，相邻分子的相对取向在很大程度上取决于空间效应。小偶极矩对短程有序的影响不如空间位阻效应大。我们的观察结果与CBrnCl 4-n（n=0，1，2，4）系列的早期研究结果吻合良好。
2013-05-29 cond-mat.dis-nn cond-mat.mtrl-sci
Topological characteristics of local atomic arrangements at crystalline-amorphous structural transition in graphite
在球磨过程中，石墨发生了从晶态到非晶态的准连续结构转变。结合X射线衍射分析、反向蒙特卡罗模拟和Voronoi图方法，确定了碳纳米材料结构中短程有序和中程有序的定量特征。高分辨率TEM图像揭示了具有洋葱状结构的球状碳材料的形成。为模拟球磨石墨的原子构型而构造的Voronoi多面体（VP）在拓扑和度量特征上具有非常大的多样性，并且包含大量的5-fold面。通过对VP球度系数Ksph的分析，得出了球磨后碳的结构由石墨状向类金刚石状转变的局部原子排列变化的结论。提出将球度系数作为拓扑有序度的一个参数来定量估计非晶结构的无序度。
2014-12-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Defects from phonons: Atomic transport by concerted motion in simple crystalline metals
点缺陷在晶体材料中起着至关重要的作用，因为它们不仅影响热力学性质，而且对动力学过程也至关重要。虽然它们在热力学平衡中是必要的，但通常认为在本体中自发形成缺陷是极不可能的，除了接近熔点的温度。在这里，我们证明了通过原子模拟的过程，涉及协调的原子运动，引起缺陷的形成，实际上是频繁的体心立方金属，甚至下降到约50%的熔化温度。它表明，这种行为是密切相关的晶格振动的非谐性和平坦的能量景观沿某些结晶方向，一个功能，是不存在的，例如，面心立方晶格结构。这一见解对我们对这些材料的一般理解有影响，并为第4族过渡金属中所谓的异常扩散提供了补充解释。
2019-12-04 cond-mat.mtrl-sci
Atomic-ordering-induced quantum phase transition between topological crystalline insulator and Z2 topological insulator
单一材料中的拓扑相变通常是指平凡带绝缘体和拓扑狄拉克相之间的转变，但这种转变也可能发生在不同类别的拓扑狄拉克相之间。然而，在同一材料中实现Z2非平凡拓扑绝缘体（TI）和拓扑晶体绝缘体（TCI）之间的量子跃迁是一个根本的挑战，因为Z2 TI和TCI对能带反转数目的矛盾要求使得它们很难共存于同一材料中。Z2 TI在所有的时间反演不变动量上必须有奇数个带反转，而新发现的TCIs作为受潜在晶体对称性保护的拓扑狄拉克材料的一个独特类别，拥有偶数个带反转。以PbSnTe_2合金为例，说明在适当的合金成分下，原子有序化是调节合金对称性的有效途径，当合金从无序相有序化为稳定的CuPt相时，可以实现TCI相和Z_2 TI相的电转换。我们的研究结果表明，原子有序提供了一个新的平台，在不同的拓扑相位之间切换。
2017-02-19 cond-mat.mtrl-sci
Non-Crystalline Structures of Ultra-Thin Unsupported Nanowires
计算机模拟表明，一旦金属丝的直径减小到低于几个原子间距的临界尺寸，金属丝应该形成奇异的、非晶体稳定的原子结构。新的结构，其细节取决于材料和线的厚度，可能占主导地位的二十面体填料。螺旋，螺旋结构的电线与多原子间距也预测。这种现象，类似于二十面体和其他非晶体形状的外观在小集群，可以合理化的表面能各向异性和最佳包装。
1998-03-09 cond-mat.mtrl-sci
Bi-continuum modelling of layered structures and crystalline interfaces
本文分析了由两个相互渗透、动态耦合的物质连续体组成的双连续体模型，认为它是描述结晶固体中某些物理现象的一种简化但相对准确的方法。我们的方法的基本新颖性在于在治疗的结晶介质作为双连续，即使晶格结构上是单组分。特别注意的是在原子水平上的解决方案的振荡行为。从离散原子链出发，导出了双连续模型的基本公式。该模型的基本特征，包括作为物理参数的函数的结果的准确性，进行了讨论。
2002-05-21 cond-mat.mtrl-sci
Melting of crystalline solids
结果表明，在熔化温度下，热声子振动与表面原子/分子层的晶格振动是自共振的。这种自共振发生在明确定义的温度下，并触发原子/分子片或片晶从晶体表面脱离。五种物质的热力学数据被用来检验这一假设。计算出的平均声子振动波长等于或谐波的d-间距的原子/分子片。所提出的模型能够解释熔化的所有特征。
2009-03-09 cond-mat.mtrl-sci
Computational diffraction reveals long-range strains, disorder and crystalline domains in atomic scale simulations
原子尺度的模拟是现代科学的一个关键要素，因为它们允许在自然基本定律的基础上理解甚至预测复杂的物理或化学现象。在现有的不同的原子尺度模拟方法中，分子动力学（MD）已将其本身作为选择的方法来模拟材料结构在外部刺激作用下的行为，例如温度，应变或应力，辐照等。尽管MD在凝聚态科学中广泛使用，但一些基本的材料特性仍然难以确定。例如，这是在严重无序材料中的长程应变张量的情况，或者缺乏明确定义的边界的旋转结晶域的量化。在这项工作中，我们介绍了计算衍射作为一种快速和可靠的原子尺度模拟细胞的结构表征工具。与通常的直接空间方法相比，计算衍射在倒易空间中操作，因此对长程空间相关性高度敏感。与有缺陷的UO 2的例子，它表明，均匀应变张量，非均匀应变张量，无序，以及旋转的微晶是直截了当，毫不含糊地确定。计算衍射可应用于任何类型的原子尺度模拟，并可与其他分析工具并行实时执行。在实验工作流程中，衍射和显微镜几乎系统地一起使用，以便从它们的互补性中受益。计算衍射，与计算显微镜一起使用，可以潜在地在未来的原子尺度模拟中发挥重要作用。
2021-07-19 cond-mat.mtrl-sci
Atomic cluster expansion potential for the Si-H system
University of Oxford（牛津大学）
本文提出基于原子团簇展开框架的机器学习势模型，用于描述多种Si-H相，经多浓度验证，推进了a-Si:H大型结构模型的探索。
2025-10-17 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Shear accelerated crystallization in a supercooled atomic liquid
通过压缩短棒使形成大块金属玻璃的合金在其过冷状态下经受剪切流动以产生扁平圆盘。所得材料在等温退火期间表现出增强的结晶动力学，这反映在相对于未变形的情况结晶时间的减少。从静态到剪切加速结晶的转变与在高于临界剪切速率$\dotγ_c\approx 0.3$ s $^{-1}$的剪切流动期间积累的应变有关，所述临界剪切速率$\dotγ_c\approx 0.3$ s $^{-1}$对应于Péclet数，$Pe\sim\mathcal{O}(1)$。在中等剪切速率下观察到原子系统中的剪切加速结晶是不常见的。这在此是由于过冷液体的显著粘度而成为可能的，该过冷液体在接近玻璃化转变时随温度强烈增加。因此，我们可以预期遇到的非平凡的剪切相关的影响，在热塑性变形的类似系统。
2015-02-05 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity of crystalline AlN and the influence of atomic-scale defects
氮化铝（AlN）在现代电力电子和深紫外光子学中起着关键作用，了解其热性能至关重要。在这里，我们通过3 $ω$方法测量结晶AlN的热导率，发现它的范围从100 K时的674 ${\pm}$ 56 W/m/K到400 K时的186 ${\pm}$ 7 W/m/K，在室温下的值为237 ${\pm}$ 6 W/m/K。我们将这些数据与分析模型和第一性原理计算进行比较，同时考虑到原子级缺陷（O，Si，C杂质和Al空位）。我们发现，铝空位发挥最大的作用，在降低热导率，因为最大的质量差散射。模拟还表明，10%的热传导是由声子与长的平均自由程，超过~7 $μ$ m在室温下，和50%的声子与MFP超过~0.3 $μ$ m。因此，由于声子边界散射，AlN的有效热导率在亚微米薄膜或器件中强烈降低。
2019-12-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Realization of 2D Crystalline Metal Nitrides via Selective Atomic Substitution
二维过渡金属氮化物（TMN）是二维材料家族中的新成员，具有广泛的应用。特别地，TMN的高度结晶和大面积薄膜对于在电子和光电子器件中的应用具有潜在的前景;然而，这种TMN的合成尚未实现。本文报道了利用层状MoS_2晶体的原位化学转化法合成大面积、高质量的纳米级Mo_5N_6晶体。用透射电子显微镜、拉曼光谱和X射线光电子能谱学对合成的Mo 5 N6晶体的结构和质量进行了表征。Mo 5 N6晶体的大的横向尺寸是从用于转换的MoS 2晶体继承的。原子力显微镜表征显示Mo 5 N6晶体的厚度减小到MoS 2晶体的1/3左右。电学测量表明，所获得的Mo 5 N6样品是具有高电导率（~ 100 Ω sq-1）的金属，其与石墨烯相当。这种一般方法的多功能性证明了通过扩展的方法来合成W5 N6和TiN。我们的策略提供了一个新的方向，准备二维TMN所需的特性，打开了一扇门，研究基础物理和促进下一代电子产品的发展。
2019-10-03 cond-mat.mtrl-sci
Relationships Between Atomic Diffusion Mechanisms and Ensemble Transport Coefficients in Crystalline Polymorphs
常规离子固体中的离子传输通常被认为是通过独立的扩散事件或“跳跃”进行的。这一假设导致了众所周知的传输系数的Arrhenius表达式，并相当于假设扩散是一个泊松过程。使用分子动力学模拟的低温B1，B3，和B4碘化银多晶型，我们比较了相应的泊松分布的离子跳跃率，以测试独立的跳跃在这些常见的结构类型的假设。在所有情况下，扩散是一个非泊松过程，跳跃是强烈相关的时间。在B1中，扩散系数可以近似为阿耳忒弥斯表达式，尽管参数的物理意义与通常假设的不同。在低温下，B3和B4扩散的特征在于多个离子在短闭环中的协同运动。扩散系数不能用依赖于单离子自由能的简单的阿耳忒弥斯形式表示，本征扩散必须被认为是一个多体过程。
2014-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Vibrational entropy of crystalline solids from covariance of atomic displacements
从信息论的角度研究了有限温度下固体的振动熵。从头算分子动力学（AIMD）模拟产生的合奏原子配置在有限的温度下，我们得到的$N$体分布的原子位移，$ρ_N$。我们从$\ln{ρ_N}$的期望值计算信息论熵。在第一级近似，单独处理原子位移，我们的方法可以应用于使用德拜-沃勒B因子，使衍射实验，以获得上界的热力学熵。在下一级近似中，我们通过引入位移协方差来纠正高估。我们将这种方法应用于元素体心立方钠和面心立方铝，显示出良好的协议与实验值以上的金属德拜温度。在德拜温度以下，我们从协方差矩阵的本征值中提取出有效的振动态密度，然后用量子力学方法计算熵，在低温下也与实验吻合得很好。我们的方法很容易推广到复杂的固体，因为我们证明了一个高熵合金。此外，我们的方法适用于准谐波近似失败的情况下，我们证明通过计算钛的HCP/BCC过渡。
2022-03-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Structure identification methods for atomistic simulations of crystalline materials
我们讨论了现有的和新的计算分析技术来分类当地的原子安排在大规模的原子计算机模拟结晶固体。本文对常用的键分析算法，如公共邻分析法、中心对称分析法、键角分析法、键序分析法和Voronoi分析法进行了性能比较。此外，我们提出了一个简单的扩展的公共邻居分析方法，使其适用于多相系统。最后，我们介绍了一种新的结构识别算法，邻居距离分析，这是专为识别原子结构单元在晶界。
2012-06-12 cond-mat.mtrl-sci math-ph math.MP
Highly crystalline 2D superconductors
控制材料的最新技术进步已经开发出生产理想化的二维（2D）电子系统的方法，例如异质界面、分子束外延（MBE）生长的原子层、剥离的薄片和场效应器件。这些2D电子系统是高度结晶的，通常具有较少的无序，其中一些甚至在原子层或单层中确实显示出比常规非晶/颗粒状薄膜的薄层电阻低一个数量级以上的薄层电阻。在这里，我们提出了一个高度结晶的2D超导体的最新发展和一系列前所未有的物理性质在这些系统中发现的评论。特别是，我们强调的量子金属态（或可能的金属基态），量子格里菲斯相在面外磁场，和超导状态保持在非常大的面内磁场，这是在剥离的二维材料，分子束外延生长的原子层薄膜和双电层（离子门控）接口观察。这些现象进行了讨论的基础上削弱的障碍和/或打破空间反演对称性。这些新的方面表明，高度结晶的2D系统是探索新的量子物理和超导体的有前途的平台。
2017-03-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Modulation Doping via a 2d Atomic Crystalline Acceptor
二维（2d）纳米电子学，等离子体和紧急阶段需要清洁和局部电荷控制，要求分层，晶体受体或供体。我们的拉曼、光电压和电导测量与\textit{ab initio}计算相结合建立了$α$的大功函数和窄带，$_3$能够对剥离的、化学气相沉积（CVD）和分子束外延（MBE）材料进行调制掺杂。在具有单层\arucl的近似材料中实现了短程横向掺杂（${\leq}65\ \text{nm}$）和高均匀性。这导致在这些高空穴密度（$3\times10^{13}\ \text{cm}^{-2}$）下的最高单层石墨烯（mlg）迁移率（$4,900\ \text{cm}^2/ \text{Vs}$）;并产生向双层石墨烯（blg）的较大电荷转移（$6\times10^{13}\ \text{cm}^{-2}$）。我们进一步证明了原理光学传感，通过扭转角控制，并通过六方氮化硼（hBN）的电荷转移。
2020-07-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Unified Model for Crystalline Material Generation
Univ. Artois（阿尔图瓦大学）
针对晶体结构周期性与几何等变难以兼顾的问题，提出两种基于周期等变架构、同时建模晶格与原子位置的统一生成模型，可通过降低总能量学习任意晶格变形并实现热力学稳定。
2023-06-07 cond-mat.mtrl-sci cs.LG physics.comp-ph
Magneto-Crystalline Anisotropy of Fe, Co and Ni slabs from Density Functional Theory and Tight-Binding models
我们报告的磁晶各向异性（MCA）计算的Fe，Co和Ni板的不同厚度和结晶取向的两个密度泛函理论代码的基础上的平面波或本地原子基组扩展和磁紧束缚方法。我们分析了MCA的演化与板的层数。MCA分解成原子位点的贡献有助于理解MCA随板厚的振荡行为，并突出了有限尺寸效应的作用。我们还确定了一些特定的系统与增强MCA。一个k空间以及带填充分析显示非常丰富的功能的MCA，可用于定制系统增强磁性能。最后，这项工作可以作为MCA计算的基准。
2019-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Scalable, Highly Crystalline, 2D Semiconductor Atomic Layer Deposition Process for High Performance Electronic Applications
这项工作展示了原子薄2D半导体的大面积工艺，以解锁其商业化所需的技术升级。新的原子层沉积（ALD）和转换技术产生大面积性能均匀性和可调谐性。与石墨烯一样，2D过渡金属二硫属化物（TMDC）容易受到限制其商业应用的升级挑战。它们在大衬底上均匀生长和在替代衬底上转移是具有挑战性的，同时它们通常缺乏大面积的电性能均匀性。这项工作的可扩展ALD工艺能够在大面积上均匀生长2D TMDC，同时独立控制层厚度，化学计量和结晶度，同时允许无化学转移到应用衬底。使用该工艺在柔性衬底上制造的场效应晶体管（FET）的场效应迁移率高达55 cm^2/Vs，亚阈值斜率降至80 mV/dec，开/关比为10^7。此外，非易失性存储器晶体管，使用铁电FET（FeFET）在+-5 V工作，开/关比为107和3.25 V的存储器窗口被证明。这些FeFET展示了具有多状态切换的最先进性能，适用于单晶体管非易失性存储器和突触晶体管，揭示了该过程对灵活神经形态应用的适用性。
2022-03-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Atomic Decompositions of Periodic Electronic-Structure Simulations
本文提出基于晶体高斯型轨道局域化线性组合的新理论，将周期性体系的Kohn-Sham密度泛函模拟分解为物理合理的原子贡献，并通过分子聚合物和晶体多晶型的内聚能分解验证了其有效性。
2024-09-30 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Deformation in amorphous-crystalline nanolaminates -- an effective-temperature theory and interaction between defects
实验和原子尺度的模拟表明，在变形的非晶-结晶纳米层压材料的塑性载体的传输介导的非晶和结晶层之间的双相界面。在本文中，我们提出了一个微观力学模型，这些双相纳米叠层，通过非晶-结晶界面（ACI）描述缺陷的相互作用。该模型是基于一个有效的温度框架，以实现一个统一的描述的缓慢，组态原子重排时，在这两个阶段被赶出平衡。我们展示了热力学第二定律如何约束缺陷的密度和构型重排的速率，并将此框架应用于结晶固体中的位错和非晶材料中的剪切转变区（STZ）。的有效温度配方使我们能够解释所观察到的运动的位错ACI和生产STZ在界面上的配置无序的材料作为一个“扩散”。我们证明了与（Kim等人，高级功能材料：2011），并证明ACI如何作为位错的汇和STZ的来源。
2016-12-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Highly Distorted Lattices in Chemically Complex Alloys Produce Ultra-Elastic Materials with Extraordinary Elinvar Effects
传统的晶体合金通常具有低的原子尺寸差异，以稳定其晶体结构。然而，在这篇文章中，我们报告了一个单相的化学复杂的合金，它具有一个大的原子尺寸失配通常无法负担的常规合金。因此，这种合金形成了相当复杂的原子级化学顺序和高度扭曲的晶体结构。结果，这种晶体合金显示出异常高的弹性应变极限（~2%），约为常规合金的10倍，并且在室温下具有极低的内摩擦（<2 E-4）。更有趣的是，即使当测试温度从室温升高到900 K时，该合金也牢固地保持其弹性模量，这是迄今报道的现有合金所无法比拟的。从应用的角度来看，我们的发现可能会为设计即使在极端环境下也能使用的高精度设备开辟新的机会。
2021-01-07 cond-mat.mtrl-sci
"Graphene-Like" Exfoliation of Atomically-Thin Bismuth Telluride Films
本文报道了碲化铋大面积结晶薄膜和薄带的类石墨烯剥离现象。它表明，碲化铋，热电工业中最重要的材料，可以机械分离成其构建块-[Te-Bi-Te-Bi-Te]-原子五倍的厚度约为1 nm，甚至更进一步-亚单元具有更小的厚度。原子级薄的晶体可以被构造成悬浮的晶体带，提供二维的量子限制。碲化铋的准二维（2-D）晶体显示出高的导电性。碲化铋原子层工程的提出开辟了一条新的途径，大大提高热电优值。
2009-12-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Atomic scale understanding of initial Cu-Ni oxidation from machine-learning accelerated first-principles simulations and in situ TEM experiments
针对合金表面氧化原子级机制不明的问题，结合机器学习加速的第一性原理模拟与原位ETEM实验，揭示CuNi(100)表面氧化时Ni偏聚与表面重构的关联及机制，结果可推广至其他合金体系。
2023-08-23 cond-mat.mtrl-sci
Tuning the thermal conductivity of Si membrane using nanopillars: from crystalline to amorphous pillars
本文用分子动力学研究晶态Si、晶态Ge及非晶态Si纳米柱对Si薄膜热导率的调控，揭示共振杂化与界面散射机制。
2024-09-09 cond-mat.mtrl-sci
Learning Ordering in Crystalline Materials with Symmetry-Aware Graph Neural Networks
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
针对多组分晶体材料中化学序影响性质的问题，通过定制数据集基准测试发现，对称等变图神经网络架构能有效区分原子序，而传统对称不变模型则无法做到。
2024-09-20 cond-mat.mtrl-sci cs.LG physics.chem-ph
Mesoscale Imperfections in MoS2 Atomic Layers Grown by Vapor Transport Technique
通过机械剥离分离原子级薄层的小薄片的成功引发了对石墨烯和其他二维材料的巨大研究兴趣。然而，对于器件应用，具有低密度电子活性缺陷的高度结晶单层的受控大面积合成是必要的。在这里，我们展示了电成像的树枝状广告层和晶界单层二硫化钼（MoS2）生长的气相传输技术，使用微波阻抗显微镜。在我们的薄膜中的微米级沉淀物，这似乎是作为第二层的MoS2在常规的高度和光学测量，显示2个数量级的电导率比单层高。锯齿形晶界，另一方面，被证明是更电阻比晶粒，与以前的研究一致。我们的能力，以快速和非破坏性的方式映射的局部电性能是非常可取的优化大规模的二硫化钼原子层的生长过程。
2014-07-16 cond-mat.mtrl-sci
First-principles calculations of the self-trapped exciton in crystalline NaCl
用局域自旋密度近似（LSDA）计算了NaCl晶体中偏离中心（C2 v对称性）的自陷激子（STE）的最低三重态的原子和电子结构.此外，还计算了发光峰的Franck-Condon展宽和a1 g-> b3 u吸收峰，并与实验结果进行了比较。LSDA准确地预测过渡能，如果初始和最终状态都是本地化或离域的，但1电子伏特的差异与实验发生，如果一个状态是本地化和其他离域。
2000-05-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Effective and efficient transport mechanism of CO$_2$ in subnano-porous crystalline membrane of syndiotactic polystyrene
本文详细研究了间规聚苯乙烯（s-PS）S-I型单晶的气体渗透行为，并与s-PS $\varepsilon$型单晶的气体渗透行为进行了比较。S-I型表现出高的CO $_2$ /N $_2$和CO $_2$ /CH $_4$分离因子，同时保持其高的CO $_2$渗透性;突破了选择性和渗透性之间的折衷。因为CO $_2$分子仅以S-I形式配合到空腔中，所以CO $_2$的溶解度变高。此外，三原子分子可以更有效地扩散的S-I形式相比，双原子分子，如“长气体”模型证明。从聚合物基体向渗透剂传递动量的角度提出了一种新的CO $_2$分离膜的设计准则。
2022-02-01 cond-mat.mtrl-sci
Chemical short range order obtained from the atomic pair distribution function
许多晶体材料显示化学短程有序和邻近原子的弛豫。局部结构信息可以通过分析从粉末衍射数据获得的原子对分布函数（PDF）来获得。本文介绍了从淬火Cu_3Au样品的X射线PDF中成功地提取化学短程序参量的方法。
2002-01-23 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast optical manipulation of atomic arrangements in chalcogenide alloy memory materials
一类硫属化物合金材料在非晶-结晶相变时显示出光学性质的显著变化，这导致了现代光学数据存储中大数据容量的发展。在硫系相变材料中，Ge 2Sb 2 Te 5（GST）由于其可靠性而被最广泛地使用。我们使用一对飞秒光脉冲来演示超晶格中Ge原子从四面体（非晶）到八面体（晶）的超快光学操作。取决于第二泵浦脉冲的参数，超快非热相变发生在对应于GeTe 4局部振动的相干运动的仅几个周期（~ 1 ps）内。在硫属化物合金存储器中使用超快开关可能会导致存储器设备的重大范式转变，超越当前一代基于硅的闪存。
2011-01-05 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Free energy calculation of crystalline solids using normalizing flow
利用生成式深度学习的进步，特别是归一化流，最近提出了一种称为Boltzmann Generator的框架，用于从正则系综生成平衡原子构型并确定相关的自由能。在这项工作中，我们重新审视玻尔兹曼发生器，从统计力学的角度激励损失函数的构建，并以纯粹无监督的方式对神经网络进行训练，不需要来自平衡系综的原子配置样本。我们进一步表明，规范化的流动框架crosshes一个参考热力学系统，非常接近真正的热力学系统正在考虑中，这是适用于成熟的自由能微扰方法，以确定准确的固体自由能。然后，我们应用归一化流程的两个问题：温度依赖的完整晶体的吉布斯自由能和单空位缺陷的形成自由能的金刚石立方硅模型系统。从归一化流得到的结果被证明是在良好的协议，从独立完善的自由能方法得到的。
2021-11-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Nearsightedness of Crystalline Materials and Intergranular Embrittlement
我们对材料设计的追求通常设想作为第一步，将材料概念分解为有意义的原子尺度邻域。整体材料的性能，然后被认为是从这些简单得多的区域的综合性能。正是电子物质（NEM）原理的短视为这种“分而治之”的方法提供了严格的理由。NEM断言，材料属性可能会受到扰动的显著影响，无论扰动有多大，仅在大小为$R$的邻域内。虽然NEM假设存在有意义的原子尺度邻域，但这些区域大多是凭经验确定的。在本文中，我们提出了一种方法来划分真正的材料到有意义的邻居所确定的拓扑结构的电荷密度。我们推广这种方法，通过应用相同的元素结晶材料，然后使用这些社区来模拟铋原子分离到铜晶界的脆化效应，以确定代表的街区。我们表明，脆化是杂质原子引起的铜近视增强的结果。我们进一步认为，正如近视在介导脆化中起着被忽视的作用一样，它也可能是一个重要的因素，影响了广泛的未解决的问题，如能量聚焦现象和酶动力学。
2020-11-17 cond-mat.mtrl-sci
Crystalline Formations of NbN/4H-SiC Heterostructure Interfaces
考虑到将各种超导材料纳入设备制造或衬底开发的重要性，研究可能的相互作用的界面是必要的。在这项工作中，NbN薄膜的快速沉积在4 H-SiC的热处理在1400 ℃和1870 ℃，并与透射电子显微镜检查，以评估是否界面相互作用经历温度依赖性行为。我们报道了在1400 C处理过程中，NbN向SiC衬底中的扩散和NbN纳米晶的形成。在1870 ℃处理后，观察到分层孔隙和空隙的形成，这可能是由于两种材料之间的催化反应，并且由材料的热膨胀系数的差异引起的应力加速。最后，拉曼光谱是用来获得的界面晶格的光学响应的理解。
2021-11-16 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Surface Binding Energies for Amorphous Plagioclase Feldspar Calculated using Molecular Dynamics
Memorial University of Newfoundland（纽芬兰纪念大学）；Fashion Institute of Technology（时尚理工学院）；American Museum of Natural History（美国自然历史博物馆）
本研究通过分子动力学模拟计算无定形斜长石（钠长石和钙长石）的表面结合能，发现其与晶体形式差异不大，溅射产额差异也较小，归因于不同原子排列中相同的元素键。
2025-10-27 astro-ph.EP cond-mat.mtrl-sci
CMOS-compatible vanadium dioxide via Pulsed Laser and Atomic Layer deposition: towards ultra-thin film phase-change layers
本研究针对硅衬底上超薄二氧化钒多晶薄膜制备中的性能权衡问题，采用脉冲激光沉积与原子层沉积技术，通过优化生长参数（温度、压力）成功制备出厚度低至8纳米且性能适用的薄膜，为CMOS兼容相变开关器件提供了技术支撑。
2025-04-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Analysis of occupational and displacive disorder using the atomic pair distribution function: a systematic investigation
许多无序晶体材料表现出化学短程有序和邻近原子的弛豫。局部结构信息可以通过分析原子对分布函数（PDF）来获得。反向蒙特卡罗（RMC）模拟的可行性，以提取定量信息的化学排序以及位移进行了研究。该方法已被应用到模拟PDF的无序结构，显示单独的化学无序，以及结合位移。
2000-02-24 cond-mat.mtrl-sci
Molecular Beam Epitaxy Growth of High Crystalline Quality LiNbO$_{3}$
锂离子电池是一种多功能材料，在声学、光学和电子学领域有着广泛的应用。铌酸锂的商业应用需要高结晶质量，目前仅限于大块和离子切片材料。薄膜锂酸盐是用于各种集成器件的有吸引力的选择，但由于材料质量差，研究工作一直停滞不前。通过分子束外延（MBE）生长晶格匹配和失配的锂离子电池，并研究以了解衬底和温度对成核条件和材料质量的作用。在蓝宝石上生长产生部分聚结的柱状晶粒，其具有原子级平坦的平台并且没有孪晶面。对称摇摆曲线显示出窄线宽，半峰全宽（FWHM）为8.6弧秒（0.0024°），这与衬底的5.8弧秒摇摆曲线FWHM相当，而膜不对称摇摆曲线为510弧秒FWHM。这些值表明，单个晶粒相对没有可通过X射线衍射（XRD）检测到的长程无序，具有最小的可测量的倾斜和扭曲，并且表示在没有双平面的晶格失配蓝宝石上生长的最高结构质量的外延材料。钽酸锂也生长在钽酸锂上，产生高质量的聚结材料，没有孪晶面，并且具有193弧秒的对称摇摆曲线，其几乎等于194弧秒的衬底摇摆曲线。用原子力显微镜（AFM）观察到钽酸锂上的钽酸锂的表面形貌为原子级平坦。
2019-10-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Topological insulating behaviour in conducting property of crystalline Ge-Sb-Te
通过第一性原理计算，发现Ge-Sb-Te（GST）相变材料具有拓扑绝缘性质。我们的计算表明，材料成为拓扑绝缘体或开发导电表面类界面态依赖于层堆叠顺序。结果表明，导电界面态起源于GST中的拓扑绝缘Sb_2Te_3层，并对化合物的电子性质至关重要。这些界面态被发现是相当弹性的原子的无序，但敏感的单轴应变。我们提出了破坏GST拓扑绝缘秩序的机制，并研究了被认为是负责GST的非晶化的Ge迁移的作用。
2010-10-22 cond-mat.mtrl-sci
Neighbors Map: an Efficient Atomic Descriptor for Structural Analysis
本文提出一种将原子环境编码为二维图像的邻居图描述符，结合卷积神经网络实现低计算成本的高精度结构分析，并展示了其在畸变晶体分类、相变追踪和液-非晶转变分析中的应用。
2023-09-22 cond-mat.mtrl-sci
Modeling ionic transport and disorder in crystalline electrodes using percolation theory
固体离子导体是电池和燃料电池的重要组成部分。在许多情况下，通过具有取代无序的晶体材料的离子传导可以用原子尺度晶格模型逾渗模拟来建模。本章回顾的离子逾渗理论描述了扩散路径的逾渗行为，确定了有助于离子传导的晶格位点的分数，并量化了扩散网络的曲折度。这些量可以与嵌入电池电极的体扩散率和容量有关。我们讨论了锂离子电池阴极中的无序岩盐和相关的晶体结构的应用程序，显示如何扩散途径和它们的曲折度随锂含量的短程顺序。所有示例都基于免费和开源的Dribble仿真软件。
2023-02-14 cond-mat.mtrl-sci
Integration of Atomic Layer Epitaxy Crystalline Ga2O3 on Diamond for Thermal Management
Ga 2 O3由于其超宽带隙、高击穿电场和大面积可负担的熔体生长衬底而在电子器件应用中引起了极大的关注。然而，它的热导率明显低于其他宽带隙半导体，这将影响其在高功率密度应用中的使用能力。Ga 2 O3电子器件中的热管理将是器件可靠性的关键，特别是对于高功率和高频器件。类似于GaN基高电子迁移率晶体管与高热导率金刚石衬底集成冷却的方法，本工作研究了Ga 2 O3与金刚石异质集成用于Ga 2 O3器件热管理的可能性。采用ALD法在金刚石衬底上沉积了Ga_2 O_3，并利用TDTR测量了不同界面预处理的ALD-Ga_2 O_3薄膜和Ga_2 O_3-金刚石界面的热性质。我们观察到非常低的热导率的这些Ga 2 O 3薄膜由于广泛的声子晶界散射导致的纳米晶性质的Ga 2 O 3膜。然而，测量的热边界电导（TBC）的Ga 2 O3-金刚石界面的约10倍，大于范德华键合的Ga 2 O3金刚石界面，这表明显着的界面键合对TBC的影响。此外，富Ga和富O的Ga 2 O 3-金刚石界面的TBC比清洁界面的TBC小约20%，表明界面化学影响界面热输运。总体而言，这项研究表明，高TBC可以从强界面键跨Ga 2 O3-金刚石界面，提供了一个很有前途的路线，以改善Ga 2 O3器件的散热。
2019-08-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Kinetics-Controlled Degradation Reactions at Crystalline LiPON/Li(x)CoO(2) and Crystalline LiPON/Li-metal Interfaces
深入了解固-固界面结构-功能关系对于全固态电池的改进和广泛应用至关重要。据报道，锂磷氧氮化物（“LiPON”）固体电解质材料与锂金属阳极之间、LiPON与Li（x）CoO（2）阴极表面之间的界面产生固体电解质界面（“SEI”）样产物和/或无序区域。使用电子结构计算和晶体LiPON模型与原子层沉积类化学计量比，我们预测LiPON模型与纯P-N-P骨架在室温下对锂动力学惰性。相反，氧原子从低能Li（x）CoO（2）（104）表面转移到LiPON在环境条件下快得多。的主要反应步骤的机制，LiPON图案，容易与锂金属反应，实验结果对无定形LiPON部分证实这些预测，和可能的缓解策略，以减少退化进行了讨论。LiPON接口被发现是有用的案例研究，突出动力学控制过程中的重要性，在电池组装过程中，在中等的加工温度。
2018-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Mapping causal patterns in crystalline solids
利用扫描透射电子显微镜（STEM）研究了Sm取代BiFeO3薄膜组合库在从铁电菱方相到非铁电斜方相的相变边界上的原子结构演化.包括极化、晶格参数和化学成分在内的局部性质通过原子尺度成像进行参数化，并使用线性非高斯非循环模型（LiNGAM）重建它们的因果关系。这种方法进一步扩展到探索的因果耦合的空间变异性，使用滑动窗口变换方法，这表明，新的因果关系出现在预期的位置，如畴壁和接口，但也在额外的区域形成集群附近的墙壁或空间分布的功能。虽然这些关系的确切物理起源尚不清楚，但它们可能代表了准同型相界中的纳米相分离区域。总的来说，我们提出，深入了解复杂的无序材料远离热力学平衡，不仅需要了解的生成过程，可以导致观察到的微观状态，但也有多个相互作用的子系统之间的因果关系。
2021-03-02 cond-mat.mtrl-sci physics.data-an
Accelerated Lifetime Testing and Analysis of Delta-doped Silicon Test Structures
随着晶体管功能缩小到2 nm节点以上，研究和设计原子尺度效应变得至关重要。能够将传统CMOS与能够以原子精度创建高度掺杂磷层的2D图案的新原子级制造路线相结合，对数字电子的未来具有影响。这项工作建立了这种掺杂层的加速寿命测试，表明这些材料在高电流（>3.0 MA/cm 2）和300 $^{\circ}$ C下存活超过70天，并且仍然是导电的。掺杂层与传统金属层（如铝和铜）中的失效相比很好，在传统金属层中，在这些温度和电流密度下的平均失效时间将在数小时内发生。它还确定了这些材料比金属特征更稳定，为它们与操作CMOS的集成铺平了道路。
2022-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Metal-Boron Nanotubes
受到晶体二硼化物如AlB_2的启发，提出了纳米管材料。原子结构，特别是基本的化学问题，在哪里把铝原子，以稳定的纳米管Al-B系统，研究使用密度泛函计算原型系统。优化的管状原型被发现是竞争力的能量与他们的散装结晶同行。所有的管状Al-B系统的调查计算是金属。
2001-03-06 cond-mat.mtrl-sci
Accelerated structure-stability energy-free calculator
本研究提出一种结合三个神经网络的无能量机器学习计算器，用于预测颗粒物的能量和原子力，在DFT对比中达到低误差，并展示了模型的可解释性。
2024-08-26 cond-mat.mtrl-sci physics.atm-clus
3D Cloud Component Analysis of Atomic Structures
State Key Laboratory of Materials for Integrated Circuits（集成电路材料国家重点实验室）；Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology, Chinese Academy of Sciences（中国科学院上海微系统与技术研究所）
该研究提出将原子坐标转为三维密度场的方法，可分解原子结构为类块体组分与真空，结合神经原型分类器确定晶相、标记原子类型并检测缺陷，在多种体系上验证了方法有效性。
2026-08-28 cond-mat.mtrl-sci
