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World File Search System晶体学
通过串行晶体学解决的光解中电子转移的定向超快构象变化
蛋白质中的电荷转移反应对生命很重要，例如修复DNA的光溶酶中，但结构动力学的作用尚不清楚。在这里，使用飞秒X射线晶体学，我们报告了电子沿着果蝇（6-4）光解酶中电子四个保守的色氨酸链传递时发生的结构变化。在Femto和Picsecond延迟时，第一个色氨酸对黄素的光摄影导致在关键的天冬酰胺，保守的盐桥和附近水分子的重新安排上引起定向的结构反应。我们检测到电荷诱导的结构变化，接近第二个色氨酸到20 ps的第二个接近的结构变化，将附近的蛋氨酸鉴定为氧化还原链中的活跃参与者，从第四次色氨酸附近的20 ps鉴定。光解酶经历了其结构的高度定向和仔细的定时适应。这质疑马库斯理论中线性溶剂响应近似的有效性，并表明进化已经优化了快速蛋白波动以进行最佳电荷转移。
晶体学和结构科学中的机器学习
我们很高兴为您呈现国际晶体学联合会 (IUCr) 期刊的虚拟文章合集，这些文章探讨了人工智能 (AI) 和机器学习 (ML) 在结构科学中的应用 (https://journals.iucr.org/special_issues/2024/ML/)。人工智能/机器学习正在彻底改变我们的日常生活。尽管机器学习和深度学习 (DL) 的基础源自学术计算、数学和脑理论领域（McCulloch & Pitts，1943 年；Rosenblatt，1958 年），但其早期的许多社会影响都体现在商业领域。然而，如今物理学家们正在将这些发展成果应用于他们自身的科学研究（Choudhary 等人，2021 年），晶体学也不例外。因此，现在非常及时地汇总了在《晶体学报》（A、B 和 D 部分）、IUCrJ 和《同步辐射杂志》上发表的越来越多的 AI/ML 论文。我们还注意到《应用晶体学杂志》上发表的有关 AI 的相关虚拟合集（网址为 https://journals.iucr.org/special_issues/2024/ANNs/）以及《晶体学报》A 部分最近关于深度学习在蛋白质晶体学中的应用的主导文章（Matinyan 等人，2024 年）。本文的目的不是回顾虚拟合集中的每篇论文，而是鼓励您探索论文本身。因此，在表 1 中，我们总结了每篇论文使用的科学目标和 AI/ML 方法，使您可以快速导航到您最感兴趣的论文。在本文中，我们力求提供一些更高层次的主题，并按机器学习和领域主题对部分论文进行分组，以帮助您了解晶体学领域的发展历程，以及科学家目前如何利用人工智能/机器学习作为工具来解决他们的科学问题。这些论文几乎涵盖了所有类型的机器学习。无监督学习是一种方法，在这种方法中，机器学习算法在没有任何先验知识的情况下，尝试对数据集进行聚类（即寻找相似信号）或提取出能够解释更大信号集行为的不同信号集。在监督学习中，算法在大量先验数据上进行“训练”，之后，它们可以根据从训练数据中学到的知识对给定的新数据进行分类。这种分类问题的例子是训练算法区分猫和狗的图片（Subramanian，2018）。监督学习还可以用于执行回归而不是分类，即对数据集进行函数拟合。最后，各种生成式机器学习方法旨在根据一些基于大量学习到的响应进行训练的输入提示，生成新的输出。Deepfake 视频和音频技术以及 ChatGPT (OpenAI, 2024 a) 就是生成式人工智能的例子。区分不同AI/ML方法的另一种方法是基于算法的内部结构。广义上讲，这些方法可以分为传统ML和深度神经网络（深度学习，简称DL）。传统方法基于统计方法和线性代数，包括基于树的方法、逻辑回归和矩阵分解方法。深度学习受大脑神经元结构的启发，构建了高度非线性的图形数学结构，信息通过网络从输入端传递到输出端，同时在每一层都经历非线性变换。数据在网络中的转换和传输由数千个参数控制，这些参数通过算法进行更新，使网络能够
对合成数据训练的晶体学的深度残留网络
使用人工智能来处理衍射图像的挑战是需要组装大型且精确设计的训练数据集的挑战。为了解决这个问题，开发了一个称为Resonet的代码库，用于合成这些数据的衍射数据和培训残留神经网络。在这里，共振的两个人均能力：（i）晶体分辨率的解释和（ii）重叠晶格的识别。通过同步加速器实验和X射线自由电子激光实验对衍射图像的汇编进行了测试。至关重要的是，这些模型很容易在图形处理单元上执行，因此可以显着超过常规算法。目前使用共振来为斯坦福同步辐射光源的宏观分子晶体学用户提供实时反馈，但其简单的基于Python的接口使其易于嵌入其他处理框架。这项工作强调了基于物理的模拟对训练深神网络的实用性，并为开发其他模型的开发奠定了基础，以增强衍射收集和分析。
铁屑和聚苯乙烯废料制成的聚合物复合材料的机械、晶体学和微观结构分析
采用溶剂铸造法，以铁屑废料为填料，开发聚苯乙烯复合材料，旨在提高机械、晶体学和微观结构性能，以满足特定用途。根据 ASTM D638-10 标准进行拉伸试验。还进行了 X 射线衍射 (XRD) 分析和微观结构分析。杨氏模量随填料浓度 (0 – 15 wt%) 的增加而增加 (从 335.2 N/mm 2 增加到 1131.3 N/mm 2 )，断裂伸长率则反之亦然 (从 4.9 mm 增加到 1.6 mm)。XRD 显示，铁屑颗粒和聚苯乙烯基树脂 (PBR) 基质之间存在良好的结构相互作用。该复合材料分别结合了聚苯乙烯和铁屑的无定形和晶体性质。也没有观察到化学反应，但聚苯乙烯基体中形成了协同结构增强。微观结构分析表明，铁屑颗粒在聚苯乙烯基体中分散性良好，分布均匀；填料质量分数为15%的复合材料界面黏附性最好，颗粒-基体体系的混合比例适宜。
晶体学在线 - 毕尔巴鄂晶体学服务器
最大子群和 Hermann 定理。 结构相变中的域结构分析。 群-子群对的 Wyckoff 位置关系。 空间群的超群。BCS：在研究空间群的群-子群关系时，使用计算机数据库和计算机工具进行动手实践（SUBGROUPGRAPH、SUBGROUPS、HERMANN、WYCKSPLIT、MINSUP、SUPERGROUPS）。可选课程：提问和讨论（18:00 - 19:00）
量子晶体学：过去、现在和未来
在 2002 年日内瓦 IUCr 会议上（原定于耶路撒冷举行），我被邀请在诺贝尔奖获得者、量子晶体学 (QCr) 一词的提出者之一 Jerome Karle 之后发言 [2]。房间里挤满了人，很快观众中就出现了（二阶？）相变：要么睡着了，要么坐立不安。当 Karle 结束演讲时，人们立即蜂拥而至，令人震惊。这让我有点沮丧；我不得不大声喊叫以掩盖骚动。然后，混乱更加严重，甚至有人转身离开。我想这是因为我，但更有可能是因为失败。我将回顾 2002 年的一些材料，并表明 QCr 实际上是与量子力学一起诞生的 [3]。我还想强调一下最近输给我们的 Tibor Koritsanszky 的工作，他与 Ewald 奖章获得者 Philip Coppens 一起开创了我们领域的“黄金时代” [4]。
通过电化学和晶体学分析确定层状氧化物的相变
摘要 通过恒电流间歇滴定技术在 3 至 4.2 V 电压范围内测定了 LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 中的化学扩散系数。在充电和放电过程中，这些层状氧化物正极中的计算扩散系数分别在开路电压 3.8 V 和 3.7 V vs. Li/Li + 时达到最小。观察到的化学扩散系数的最小值表明在此电压范围内发生了相变。使用非原位晶体学分析确定了不同锂化状态下 LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 正极的晶胞参数。结果表明，晶胞参数变化与 NMC 正极中化学扩散的观测值相关性很好；在同一电压范围内，绝对值有显著变化。我们将观察到的晶胞参数变化与镍转化为三价状态（具有 Jahn-Teller 活性）以及锂离子和空位的重新排列联系起来。
开发 SPACE-II 以便在 SPring-8 大分子晶体学光束线上快速交换样品
减少样品交换时间是最大限度提高大分子晶体学 (MX) 光束线吞吐量的关键问题，因为在像素阵列探测器时代，衍射数据收集本身可以在一分钟内完成。为此，在 SPring-8 的 BL41XU 光束线上，基于之前的 SPACE (SPring-8 精密自动冷冻样品交换器) 型号开发了一种升级版样品交换器 SPACE-II。SPACE-II 在 16 秒内实现一次样品交换步骤，其中其动作仅占 11 秒，这得益于以下三个特点：(i) 采用双臂，使样品可以在一个安装臂动作周期内交换，(ii) 采用长行程安装臂，无需取出探测器即可交换样品，(iii) 使用快速移动的平移和旋转台作为安装臂。通过在样品交换序列之前预先保存下一个样品，自动数据收集的时间进一步减少到 11 秒，其中 SPACE-II 的操作占 8 秒。此外，样品容量从 4 个 Uni-Puck 扩大到 8 个。SPACE-II 的性能已在 BL41XU 运行的两年多时间中得到验证；一天内安装在衍射仪上的平均样品数量从 132 个增加到 185 个，错误率为 0.089%，其中统计了用户无法继续实验而必须进入实验舱进行恢复工作的事件。基于这些结果，截至 2019 年 7 月，SPACE-II 已安装在 SPring-8 的另外三条 MX 光束线上。快速且高度可靠的 SPACE-II 现在是 SPring-8 MX 光束线最重要的基础设施之一，为用户提供了充分利用有限光束时间和明亮 X 射线的机会。
金属和合金中沉淀物的晶体学
本章和以下各章描述了金属和合金中第二相沉淀颗粒的晶体学。本章的重点放在分析其晶体结构，组成和晶体取向与基质之间的技术方面。在技术上嵌入固体基质中的细质沉淀物的表征在技术上很困难。来自矩阵的信号始终阻碍来自沉淀物的信号。尽管即使是最先进的特征技术仍然不完整，但要评估与沉淀物晶体相关的经典理论中涉及的假设的有效性变得有可能。例如，最近的实验研究表明，成核过程中其晶体结构的演变似乎与所谓的经典成核理论相矛盾，而大小和组成的波动。最近的研究还表明，它们与基质的晶体取向关系通常不同于与界面晶格不匹配相关的能量考虑因素预测的晶体取向。此外，发现与基质的晶体取向关系是控制降水硬化大小的因素，与基于连续弹性理论计算的常规Orowan的强化模型相反，而无需考虑结晶学。