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World File Search System第一性
利用机器学习来增强和加速合成生物学
设计具有精确输入-输出行为的合成调节电路（合成生物学的一个核心目标）仍然受到细胞固有分子复杂性的阻碍。遗传部件和宿主细胞机制之间的非线性、高维相互作用使得使用第一性原理生物物理模型设计电路变得困难。我们认为，采用将现代机器学习 (ML) 工具和高通量实验方法整合到合成生物学设计/构建/测试/学习过程中的数据驱动方法可以大大加快电路设计的速度和范围，产生快速、系统地辨别设计原理并实现定量精确行为的工作流程。目前，ML 在电路设计中的应用发生在三个不同的层面：1) 学习部件序列和功能之间的关系；2) 确定部件组成如何决定电路行为；3) 了解功能如何随基因组/宿主细胞环境而变化。这项工作指向未来，ML 驱动的遗传设计将用于为跨不同生物技术领域的复杂问题编写稳健的解决方案。
Cr 取代 CaO 的电子性能、磁性和交换分裂的最新见解
采用密度泛函理论的第一性原理计算，表征了浓度 x = 0. 25、0.5 和 0.75 时 Ca 1-x Cr x O 化合物的结构性质、电子结构和由 Cr 杂质引起的铁磁性。通过声子谱计算获得动态稳定性。使用 Wu-Cohen 广义梯度近似计算结构参数，而电子和磁性则通过精确的 Tran-Blaha 修正的 Becke-Johnson 交换势确定。研究了晶体场、直接和间接交换分裂以确定铁磁态配置的起源和稳定性。Ca 1-x Cr x O 系统具有右半金属性，这通过 100% 的自旋极化和总磁矩的整数值得到验证。 Ca 0.75 Cr 0.25 O、Ca 0.5 Cr 0.5 O 和 Ca 0.25 Cr 0.75 O 是半金属铁磁体，其翻转间隙分别为 1.495、0.888 和 0.218 eV。因此，Ca 1-x Cr x O 材料是未来半导体自旋电子学中自旋注入可能应用的合适候选材料。
CaAlSiN3 Eu2+荧光粉/纳米氧化铝颗粒的界面结合力...
及其复合材料在高湿度应用条件下仍然面临着磷水解的挑战。了解硅与 CaAlSiN 3 ：Eu 2+ 之间的界面黏附力对于该材料的开发和应用具有重要意义。在本文中，首先通过实验测量和比较了硅/原始 CaAlSiN 3 ：Eu 2+和硅/水解 CaAlSiN 3 ：Eu 2+复合材料的力学性能，其中水解反应后复合材料的拉伸强度和杨氏模量都有所增加。然后，采用第一性原理密度泛函理论 (DFT) 计算在原子水平上研究硅分子在原始和水解 CaAlSiN 3 [0 1 0] 上的黏附行为。结果表明：（1）硅分子通过范德华（vdW）相互作用在原始 CaAlSiN 3 [0 1 0] 上形成弱吸附，而由于界面处形成了氢键，硅分子在水解 CaAlSiN 3 [0 1 0] 上的吸附强度大大增强；（2）瞬态计算表明，由于吸附能增加以及表面粗糙度增加，硅在水解 CaAlSiN 3 [0 1 0] 上的滑动能垒高于在原始 CaAlSiN 3 [0 1 0] 上的滑动能垒。总的来说，本文的研究结果可以指导 LED 封装中荧光粉的选择、储存和工艺，也有助于改善高湿度条件下使用的 LED 封装的可靠性设计。
社论：数据驱动的高熵材料集成计算材料工程
高熵材料 (HEM)，包括合金、陶瓷、氧化物和半导体，吸引了大量研究者，以研究其诱人/优异的性能和潜在的关键应用（ Zhang et al., 2014 ; Santodonato et al., 2015 ; Wang et al., 2017 ; Zhang et al., 2017 ; Ding et al., 2019 ; Qin et al., 2019 ; Shi et al., 2019 ; Li et al., 2020 ; Oses et al., 2020 ; Wright and Luo, 2020 ）。由于多个溶质原子的贡献，预计构型熵会更高，从而倾向于形成简单的固溶体（非晶态或晶体），而不是具有许多化合物的复杂微结构。除了高通量实验外，由相图计算（CALPHAD）、从头算分子动力学、相场模拟、有限元计算和蒙特卡罗组成的集成计算材料工程（ICME）方法也得到了材料基因组计划/工程（MGI/MGE）的支持，并正在增强数据库（Liu et al.，2040；The Minerals Metals Materials Society，2015；Wang et al.，2019；Wang et al.，2020）。面向可继承的集成智能制造时代，数据驱动的 ICME 对于加速新型先进 HEM 的发现和应用至关重要。本文回顾并强调了 HEM 领域的前沿研究，介绍了最近对 HEM 的成分 - 加工 - 微观结构 - 性能 - 性能关系的基本理解和理论建模的研究，HEM 具有远超传统合金的可定制性能，例如高强度、延展性、超高熔点、电导率和热导率、耐腐蚀、抗氧化、疲劳和耐磨性。这些特性无疑将使 HEM 在生物医学、结构、机械和能源应用方面引起人们的兴趣。HEM 具有新颖和令人兴奋的性质，有望实现显着增长，并为新的研讨会和研究领域提供了绝佳机会。在本期特刊中，我们汇总了五篇手稿，讨论了与新型 HEM 相关的几个关键方面。在题为“高熵合金的高通量计算：简要回顾”的评论文章中，Li 等人。重点介绍了HEM合成物开发中常用的四种计算方法，包括经验模型、第一性原理计算、CALPHAD和机器学习。经验模型和机器学习都是基于总结和分析，后者由于使用了多种算法而更可信。第一性原理计算基于量子力学和多个开源数据库，也为CALPHAD和机器学习的热力学分析提供了更精细的原子信息。
反铁电氧化物膜中的尺寸诱导铁电性
尽管对铁电体的尺寸效应进行了广泛的研究，但是反铁电体的结构和特性在尺寸减小的情况下如何演变仍然难以捉摸。鉴于反铁电体在高能量密度存储应用方面具有巨大潜力，了解它们的尺寸效应将为优化小尺度器件性能提供关键信息。本文研究了无铅 NaNbO 3 膜中反铁电性的基本本征尺寸依赖性。通过广泛的实验和理论方法，探究了膜厚度减小后有趣的反铁电到铁电的转变。这种尺寸效应导致 40 nm 以下的铁电单相，以及在此临界厚度以上铁电和反铁电序共存的混合相状态。此外，结果表明反铁电和铁电序是电可切换的。第一性原理计算进一步表明，观察到的转变是由膜表面引起的结构扭曲驱动的。这项工作为反铁电体中内在尺寸驱动的缩放提供了直接的实验证据，并展示了利用尺寸效应通过膜平台驱动环境无铅氧化物中的突发特性的巨大潜力。
通过原子层取代调整二维过渡金属磷三硫属化物中的自旋波
摘要 二维 (2D) 范德华过渡金属磷三硫属化物家族由于其固有的 2D 反铁磁性而重新引起了人们的关注，这证明它们是单层极限下自旋电子学和磁子学中前所未有且高度可调的构建块。在此，受 Janus 过渡金属二硫属化物中表现出的原子取代潜能的启发，我们从第一性原理研究了基于 MnPS 3 和 NiPS 3 的硒化 Janus 单层的晶体、电子和磁性结构。此外，我们计算了磁振子色散并进行实时实空间原子动态模拟，以探索自旋波在 MnPS 3 、NiPS 3 、MnPS 1.5 Se 1.5 和 NiPS 1.5 Se 1.5 中的传播。我们的计算预测磁各向异性将大幅增强，并会出现较大的 Dzyaloshinskii-Moriya 相互作用，这是由于 2D Janus 层中诱导的反演对称性破缺所致。这些结果为开发 Janus 2D 过渡金属磷三硫属化物铺平了道路，并凸显了它们在磁子应用方面的潜力。
![arXiv:2105.07686v2 [cond-mat.mtrl-sci] 2021 年 7 月 6 日](/simg/a\a1fe0971113e25c0b34fb23c77d73422d9073bfb.webp)
arXiv:2105.07686v2 [cond-mat.mtrl-sci] 2021 年 7 月 6 日
卤素空位的迁移是铅卤化物钙钛矿中相分离和材料降解的主要原因之一。在这里，我们使用第一性原理密度泛函理论来比较立方 CsPbBr 3 的块体和 (001) 表面溴空位的迁移能垒和路径。我们的计算表明，由于表面的软结构允许键长变化大于块体，因此表面可能促进溴空位在这些钙钛矿中的迁移。我们计算出表面轴向到轴向溴空位迁移的迁移能仅为块体值的一半。此外，我们研究了用四种不同的碱金属卤化物单层改性表面的效果，发现对于 NaCl 钝化系统，迁移势垒几乎增加到块体值。发现迁移势垒与 CsPbBr 3 表面和碱金属卤化物单层之间的晶格失配有关。我们的计算表明，表面可能在介导卤化物钙钛矿中的空位迁移方面发挥重要作用，这一结果与具有大表面体积比的钙钛矿纳米晶体有关。此外，我们提出了通过使用碱金属卤化物盐钝化来抑制这一不良过程的可行方法。
材料计算建模代码：CSE-840 ...
1. 描述：本课程使用计算机模拟的理论和应用来建模、理解和预测真实材料的性质。具体主题包括：从经典势能到第一性原理方法的能量模型；密度泛函理论和总能量伪势法；定量预测的误差和准确性、热力学集合和传输特性。本课程采用从先进材料的工业应用到纳米技术的案例研究。实验课将让学生直接体验经典力场、电子结构方法和分子动力学和动力学的模拟。 2. 教育目标：本课程旨在向学生介绍材料科学不同领域使用的各种方法。本课程将包括讲义、实验练习和中观和纳米尺度的电子结构计算和材料建模的作业 3. 课程成果：在课程结束时，学生应该能够 i) 使用适合手头问题的电子和原子模拟技术设计、执行和分析计算机实验，ii) 能够从模拟中提取材料属性； iii) 认识近似值并估计每种建模技术的预期准确度水平，以及 iv) 能够批判性地阅读有关材料计算建模和模拟的当前科学文献。详细课程内容：
使用单斜 ZrO 2 的电荷密度和态密度 (DOS)
在固体物理学和凝聚态物理学中，态密度 (DOS) 量化了所考虑材料中易被占据并具有确定能量的电子态的数量。只要知道色散关系，就可以计算出这个量。可以为各种各样的系统计算 DOS。某些量子系统由于其晶体结构而具有对称性，这简化了 DOS 的计算。总 DOS 是一个允许确定材料电子传导特性的参数。对于晶体中的每个原子，我们确定一个半径为的球体，在该球体内部，我们将电子密度投影到球谐函数（类型：s、p、d 或 f）上。部分 DOS 用于识别晶体中化学键的结构。使用 DFT（密度泛函理论）对单斜 ZrO 2 (m-ZrO 2 ) 的电荷密度和 DOS 进行了第一性原理研究，其中 m-GGA (TPSS) 函数用于交换关联势、伪势 (PP) 近似和 STO (斯莱特类型轨道) 作为集成在 ADF-BAND 代码中的基本函数。氧化锆 (ZrO 2 ) 是一种高 k 电介质 (k 25 和 E g 6 eV)。ZrO 2 是一种很有前途的高 k 电介质候选材料，可取代 SiO 2 作为 CMOS 中的栅极氧化物，因为它兼具出色的机械、热、化学和介电性能。
ReS2 中堆叠顺序驱动的光学特性和载流子动力学
外场的电子屏蔽[1]、拉曼振动[2]和电子传输。[3]然而，在过渡金属二硫属化物 (TMDs) 这一丰富的二维半导体家族中，堆垛序的影响很少被探索，[4,5] 尽管第一性原理计算表明堆垛序驱动价带分裂和激子结合能变化。[6]TMD 拥有许多有趣的量子现象，可用于新型电子器件。[7–9] ReS 2 是 TMD 中的一颗新星，近年来备受关注。ReS 2 具有扭曲的 1T 三斜晶体结构，其中 Re 原子的额外 d 价电子形成与 b 轴平行的锯齿状 Re 链，大大降低了其对称性。尽管自 1997 年起人们就开始研究块体 ReS 2 的性质[10–21]，但对二维 ReS 2 的研究直到 2014 年左右才开始兴起。[22] 与其他 TMD 相比，ReS 2 的层间耦合要弱得多。[22] ReS 2 的独特之处在于其面内各向异性性质，这早在 2001 年就已在块体中得到证实。[15] 在二维 ReS 2 中，观察到的性质包括偏振相关的激子[23,24]、非线性吸收[25]、电子传输和 SHG 发射[26,27]等。比较