Machine learning (ML) with in situ diagnostics offers a transformative approach to accelerate, understand, and control thin film synthesis by uncovering relationships between synthesis conditions and material properties. In this study, we demonstrate the application of deep learning to predict the stoichiometry of Sr$_{2x}$Ti$_{2(1-x)}$O$_{3}$ thin films using reflection high-energy electron diffraction images acquired during pulsed laser deposition. A gated convolutional neural network trained for regression of the Sr atomic fraction achieved accurate predictions with a small dataset of 31 samples. Explainable AI techniques revealed a previously unknown correlation between diffraction streak features and cation stoichiometry in Sr$_{2x}$Ti$_{2(1-x)}$O$_{3}$ thin films. Our results demonstrate how ML can be used to transform a ubiquitous in situ diagnostic tool, that is usually limited to qualitative assessments, into a quantitative surrogate measurement of continuously valued thin film properties. Such methods are critically needed to enable real-time control, autonomous workflows, and accelerate traditional synthesis approaches.
Enhanced magnetization of ultrathin NiFe$_2$O$_4$ films on SrTiO$_3$(001) related to cation disorder and anomalous strain
采用反应分子束外延技术在SrTiO $_3$（001）衬底上生长了不同厚度的NiFe $_2$ O $_4$薄膜。软X射线和硬X射线光电子能谱学测量揭示了一个均匀的阳离子分布在整个膜与化学计量的Ni：Fe的比例为1：2的膜厚度的独立。低能电子衍射和高分辨率（掠入射）的X射线衍射除了X射线反射率实验进行，以获得信息的薄膜表面和体结构，分别。对于高达7.3 nm的NiFe薄膜，观察到横向拉伸和垂直压缩应变，矛盾的适配在界面处的NiFe $_2$ O $_4$膜和衬底晶格。所施加的应变是伴随着增加的横向缺陷密度，这是衰减松弛的较厚的膜，并归因于横向晶粒的生长。通过对位置敏感衍射峰的分析，确定了反尖晶石结构中的阳离子位置占据率，揭示了薄的、应变的NiFe $_2$ O $_4$膜的低四面体占据率，导致部分存在缺乏的岩盐样结构。这些结构被认为是负责的增强的磁化强度高达$\sim$ 250\%的NiFe $_2$ O $_4$体磁化强度的超导量子干涉装置磁强计观察到的厚度低于7.3 nm的NiFe薄膜。
In situ growth regime characterization of cubic GaN using reflection high energy electron diffraction
采用等离子体辅助分子束外延技术在3C-SiC（001）衬底上生长了立方GAN层。原位反射高能电子衍射被用来定量确定在生长过程中的GAN表面的Ga覆盖。以电子束强度为探针，找到了在表面形成1 ML Ga覆盖层时c-GaN的最佳生长条件。当在生长期间建立1 ML的Ga覆盖时，1微米厚的c-GaN层具有2.5 nm的最小表面粗糙度。这些样品还显示了（002）摇摆曲线的半峰全宽最小值。
Determination of the Spacing Between Hydrogen-Intercalated Quasi-Free-Standing Monolayer Graphene and 6H-SiC(0001) Using Total-Reflection High-Energy Positron Diffraction
Magneto-Structural Coupling Enables Cryogenic Cation Redistribution in a Spinel Oxide
Hainan University（海南大学）；Arizona State University（亚利桑那州立大学）；Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院高能物理研究所）；Spallation Neutron Source Science Center（散裂中子源科学中心）；University of Science and Technology Beijing（北京科技大学）；Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家实验室）
High Pressure X-ray Diffraction Study of MgMn2O4 Tetragonal Spinel
本文用高压X射线衍射方法研究了MgMn_2O_4尖晶石的相稳定性。考虑了两个不同反演程度的样品。两种尖晶石都经历了向斜方晶结构（CaMn 2 O 4型）的相变。对于更多的反转样品的转变压力是至少1 GPa低相对于较少的反转尖晶石。两种样品的体积收缩率、相对压缩率和密度趋势也不同。根据阳离子分布的差异解释了这些变化。以及样品的电子性质。
A New Type of Compositionally Complex M5Si3 Silicides: Cation Ordering and Unexpected Phase Stability
合成了一种新型的组成复杂（中熵或高熵）的M5 Si 3硅化物。（V1/5Cr 1/5 Nb 1/5 Ta 1/5 W1/5）5Si 3和（Ti 1/5 Zr 1/5 Nb 1/5 Mo 1/5 Hf 1/5）5Si 3均形成单相均匀固溶体。值得注意的是，（V1/5Cr 1/5 Nb 1/5 Ta 1/5 W1/5）5Si 3形成六方γ（D88）相，而其所有五种组成二元硅化物V5 Si 3、Cr 5Si 3、Nb 5Si 3、Ta 5Si 3和W5 Si 3在四方α（D8 l）或β（D8 m）相中是稳定的。在1600 ℃下退火证明这种六方γ相是稳定的。比较实验和计算的X射线衍射图案，Rietveld的改进，和像差校正的扫描透射电子显微镜高角度环形暗场图像的分析表明阳离子有序，这降低了构型熵。这项工作不仅发现了一种新的组成复杂的硅化物相，而且还证明了阳离子有序和不寻常的相稳定性，扩大了领域的高熵和组成复杂的陶瓷。这些组成复杂的硅化物可以与耐火高熵合金组合，以制造与Nb-硅化物和Mo-Si-B复合材料对应的高熵对应物。
Data-driven sensitivity analysis in a total-reflection high-energy positron diffraction (TRHEPD) experiment of the Si$_4$O$_5$N$_3$ / 6H-SiC (0001)-($\sqrt{3} \times \sqrt{3}$) R30$^\circ$
本文提出了一种实验测量的数据分析方法，它包括一个自动优化过程和灵敏度分析。该方法被施加到一个全反射高能正电子衍射（TRHEPD）实验，一种新的技术，确定表面结构或材料表面附近的原子的位置的结果。该方法数值求解了具有多个试表面结构的全动态量子衍射理论中的偏微分方程。在灵敏度分析中，我们着重于实验的不确定性和个别拟合参数的变化，这是通过解决方差-协方差矩阵的特征值问题进行分析。一台现代大规模并行超级计算机被用来在适度的计算时间内完成分析。敏感性分析为数据分析中变量的选择提供了依据，以保证实际的可靠性。在a Si $_4$ O $_5$ N $_3$ /6 H-SiC（0001）-（$\sqrt{3} \times \sqrt{3}$）R30 $^\circ$表面的结构测定中证明了本分析方法的有效性。此外，该分析方法适用于TRHEPD以外的许多实验。
Characterization of WSe$_2$ films using reflection Kikuchi diffraction in the scanning electron microscope and multivariate statistical analyses
University of British Columbia（不列颠哥伦比亚大学）；Thermo Fisher Scientific（赛默飞世尔科技）；Central European Institute of Technology, Brno University of Technology（布鲁诺理工大学中欧研究所）；Institute of Physical Engineering, Brno University of Technology（布鲁诺理工大学物理工程学院）；Thermo Fisher Scientific, Materials Science（赛默飞世尔科技材料科学部）
Impacts of Hot Electron Diffusion, Electron-Phonon Coupling, and Surface Atoms on Metal Surface Dynamics Revealed by Reflection Ultrafast Electron Diffraction
Complete crystallographic, spin-electronic and magnetic structure of (Co0.2Cr0.2Fe0.2Mn0.2Ni0.2)3O4: Unraveling the suppression of entropy in high entropy oxides
高熵氧化物（HEO）是近年来迅速发展起来的一类由多个主阳离子组成的功能材料。HEO的原始范例假设阳离子占据具有由组成和晶体学结构所允许的最高可能构型熵。然而，基本的问题仍然是在HEO中，特别是在具有低焓障碍的阳离子反位混合的系统中，构型紊乱的实际程度。考虑到HEO中存在多个主要阳离子导致的实验限制，在这里，我们利用了一种稳健的交叉参考表征方法，使用软X射线磁性圆二色性，硬X射线吸收光谱，穆斯堡尔光谱，用中子粉末衍射和SQUID磁测量研究了尖晶石HEO（S-）中控制阳离子占位的晶场稳定能和构型熵之间的竞争。HEO），（Co $_{0.2}$ Cr $_{0.2}$ Fe $_{0.2}$ Mn $_{0.2}$ Ni $_{0.2}$）$_3$ O $_4$。与以前的研究相比，推导出的完整的结构和自旋电子模型，（Co $_{0.6}$ Fe $_{0.4}$）（Cr $_{0.3}$ Fe $_{0.1}$ Mn $_{0.3}$ Ni $_{0.3}$）$_2$ O $_4$，突出了显着偏离迄今为止假设的范式的熵驱动的非优先分布的阳离子在HEO。这一结果的直接相关性，可以绘制与散装以及本地元素的特定的磁性，这是本质上由阳离子在尖晶石职业。这里提出的真正的本地晶格图片提供了一个替代的观点，在HEO的离子排列，这是预测和设计其结构依赖的功能的根本利益。
Toward the theoretically observable limit of electron density distribution by single-crystal synchrotron X-ray diffraction: The case of orbitally ordered Ti-3d^1 in YTiO_3
Pulsed laser deposition with simultaneous in situ real-time monitoring of optical spectroscopic ellipsometry and reflection high-energy electron diffraction
