「重大通报」npj计算材料开发化学无序结构材料的智能预测！

材料结构是决定材料性能的重要因素，材料微观结构分析是了解材料特性、建立构效关系、合理设计材料、支持实验修改的重要基础。近年来，随着材料基因组研究模型的发展，通过理论方法预测材料结构已成为探索新材料结构和性能的途径之一。目前，这些方法已成功应用于完美晶体、二维材料等体系的结构预测，并取得了重大进展。然而，了解化学无序材料的微观结构仍然面临着艰巨的挑战。

化学无序材料是一类晶格具有周期性但元素类型和原子空间占据非周期性的材料，广泛存在于半导体、高温超导体、金属合金、陶瓷、催化剂等材料体系中。从化学组成上看，化学无序材料可分为阴离子无序、阳离子无序、缺陷无序等类型，可以简单地认为是占据非周期位置的阴离子、阳离子和空位。从结构类型来看，化学无序材料包括部分占据、掺杂替代、间隙填充、空洞缺陷等多种类型的体系。

由于某些晶格位置的原子占据的不确定性，材料微观结构的数量随着位置数量、元素类型、原子数量、系统尺寸等的增加而呈指数增加。对化学无序材料的微观结构进行快速采样的题尚未得到解决。尽管我们使用了先验知识、晶体对称性、群展开、经验势函数和其他技术来加速这一过程，但我们仍然面临许多题。昂贵的第一原理电子结构计算。

为了高效获取化学无序材料的微观结构，中国科学院陕西煤炭化学研究所文晓东研究员与中科合成油科技有限公司合作，共同攻克化学无序材料的微观结构题。该所研究人员团队与中国科学院机械工程系合作，开发了基于高速计算、机器学习的方法和基于主动学习的高效结构预测方法——LAsou。利用LAsou方法，研究人员分别对阴离子无序的BaScOxF1-x3x=067材料、阳离子无序的Ca1-xMnxCO3x=025材料和缺陷无序的-FeCxx=05进行了测试。与传统的枚举方法相比，LAsou方法只需很少的第一性原理计算即可快速找到热力学稳定的结构。

对于化学无序材料系统中的结构预测题，计算预测的复杂性导致涉及系统尺寸、位置和元素的多体系统的“指数墙”题。LAsou方法在解决这个题方面显示出巨大的潜力。LAsou方法利用机器学习构建潜在函数模型，可以预测和筛选大采样空间中的采样结构。“优点”通过主动标记候选结构，可以大大减少第一性原理计算量。同时，集成学习算法可以大大提高潜函数模型用于能量计算和结构松弛计算的稳定性，主动学习算法可以在线逐步显示和收集训练样本，提高机器学习势函数模型的准确性。能。无需提前准备大量的训练数据。LAsou方法具有很强的算法鲁棒性，对多个参数、策略和初始值的测试表明，不同的系统都能保持较高的预测效率。基于这些优点和性质，LAsou方法将广泛应用于更大、更复杂、准无限尺寸的材料体系。

相关研究成果近期发表在《npjComputationalMaterials》杂志上，题为“主动学习克服指数壁题以有效预测化学无序材料的结构”。该研究工作得到国家杰出青年科学基金、中国科学院基础研究青年团队计划、中国科学院网络空间应用示范项目的资助和支持。

图1基于主动学习LAsou方法的材料结构预测流程图。

图2传统计数法和LAsou方法在BaScOxF1-x3x=0667系统上的预测性能。2664个枚举结构和最稳定结构的总能量散点图。LAsou方法搜索过程中使用搜索代数的总能量演化。

图3现有计数方法和LAsou方法对Ca1-xMnxCO3x=025系统的预测性能。1033个枚举结构和最稳定结构的总能量散点图。LAsou方法搜索过程中使用搜索代数的总能量演化。

图4现有枚举方法和LAsou方法在-FeCxx=05系统上的预测性能。10,496个枚举结构和最稳定结构的总能量散点图。LAsou方法搜索过程中使用搜索代数的总能量演化。

陕西师范大学材料化学专业是一门综合性专业，前景广阔。本专业注重培养学生的实验操作能力和科研创新能力，拥有优秀的师资队伍和先进的实验设备，可以为学生提供优质的教学资源和实践机会。

课程涵盖材料化学的核心理论和实践内容，培养学生对材料结构、性能和应用的深入理解和技能。此外，毕业后就业范围广泛，可以从事材料研究、生产、管理等多种领域工作。

一、山西大学的化学专业怎么样？还有将来就业前景怎么样？

陕西大学学风一般。如果你自控力强，能控制自己去上大学，化学化工系还是有很多很棒的老师和教授的。如果你幸运的话，你将能够用你的本科学位做一些事情，并且进行科学研究将大大提高你的研究生入学考试。如果你的自控力很一般，我建议你不要去。因为你要花四年的时间除了在宿舍里玩什么都不做。我，陕西大学化学专业的，也有话要说。化学作为一门纯科学学科，是就业前景不佳的夕阳产业。您最好的选择是参加研究生院入学考试。即使考了研究生，未来仍有进一步进取和发展的可能，如果选择本科毕业后就业，换行业几乎是不可避免的。

好的。在陕西大学，化学是除了物理、哲学之外比较好的学科。有一位全国杰出青年获得者，上次学科评估成绩为C级，这次有可能晋升为B级。

陕西大学的化工科研能力也比较强，师资力量也较强，这对汾酒集团和南风化工提高生产有很大帮助。

多年来，学生招生分数线较高，生源良好，考研生比例较高。