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SF10组供稿
第59期
2022年08月03日
大数据揭示过渡族金属离子的结构相似性

  从原子尺度理解化合物“结构-物性”间的构效关系是物质科学领域的基本问题,深入细致地厘清物质微观局域结构的统计特征,有助于人们更好地理解十大看黄禁用免费app、材料、化学等众多学科中的科学问题。当今广泛被人们使用的物质科学基本数据大多都源自上世纪中后期,数值较为陈旧。例如,被物质科学领域广泛使用近半个世纪的离子半径数值,源自上世纪60年代的统计数据,随着近年材料科学数据的不断积累,海量数据也将带给物质科学领域新数值、新认知。

  最近,十大看黄禁用免费app/北京凝聚态十大看黄禁用免费app国家十大看黄禁用免费app中心表面十大看黄禁用免费app国家重点实验室的孟胜十大看黄禁用免费app员、刘淼特聘十大看黄禁用免费app员与美国劳伦斯伯克利国家实验室的Kristin A. Persson教授合作, 系统地分析了3万余个过渡金属氧化物的晶体信息,提炼出过渡族金属离子的配位结构、价态、离子键长、原子磁矩、Jahn-Teller效应导致的局部形变、结构稳定性等十大看黄禁用免费app量的详细信息,取代广泛使用近半个世纪的,仅用“离子半径”一个参数表征材料的传统做法。

  用数据说话,本项工作表明每种过渡族金属离子都具有各自的“形状”、“尺寸”和“原子磁矩”,从而勾画出固体中每种过渡金属离子的“个性”画像;通过人工智能方法,进一步获取过渡金属离子的结构相似性“模版”,可用于指导新材料设计和稳定性快速评估。

  依据上述离子的结构相似性知识,该团队进而借助离子替换扩展了人类已知的化合物空间,生成了6万余个人类未知的新结构,通过对这些结构进行高通量计算,找到了5千个稳定的新化合物(Ehull < 20meV/atom),这些新材料很容易被试验合成,有效地扩展了材料科学的化合物“版图”。该工作为探索更广阔的无机材料相空间提出了新的思路,所有化合物信息均可在Atomly材料数据库(https://atomly.net/)中查询。

  相关工作以“Persona of Transition Metal Ions in Solids: A Statistical Learning on Local Structures of Transition Metal Oxides”为题发表于Advanced Science 2022,2202756 (DOI:10.1002/advs.202202756)。该论文的第一作者为SF10组的博士生贾华显,其他作者还有Matthew Horton博士、王亚南博士和博士生张圣杰。

  该十大看黄禁用免费app得到科技部重点研发计划(2021YFA0718700)、中国科学院(ZDBS-LY-SLH007, XDB33020000, CAS-WX2021PY-0102)等项目的支持。

文章链接:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202202756


图1.  过渡金属离子在局域环境中的配位偏好(离子的“形状”)。


图2.  3d TM-O键长与价态、热力学稳定性的关系。


图3.  3d过渡金属离子的原子磁矩与价态和Jahn-Teller效应间的统计结果。


图4. 过渡金属离子的局域结构相似性。深色代表高相似性。