原子分子和材料物性数据
2025, 74 (12): 120702.
doi: 10.7498/aps.74.20250127
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无机晶体材料因具有优异的物理和化学特性, 在多个领域展现出广泛的应用潜力. 弹性性质(如体积模量和剪切模量)对预测材料的电导率、热导率及力学性能具有重要作用, 然而, 传统实验测量方法存在成本高、周期长等问题. 随着计算方法的进步, 理论模拟逐渐成为独立于实验的研究方法. 近年来, 基于图神经网络的机器学习方法在无机晶体材料的弹性性质预测中取得了显著成果, 尤其是晶体图卷积神经网络(CGCNN)在材料数据的预测和扩展方面表现出色. 本研究利用从Matbench v0.1数据集中收集的10987个材料的体积模量和剪切模量数据, 训练了两个CGCNN模型, 基于预训练的模型成功实现了对80664个无机晶体结构弹性模量的预测. 为保证数据质量, 筛选了材料电子带隙在0.1—3.0 eV之间, 并去除了含有放射性元素的化合物. 预测数据来源于两个主要数据集: 一是从Materials Project数据库中筛选出的54359个晶体结构, 构成MPED弹性数据集; 二是Merchant等(2023 Nature 624 80 )通过深度学习和图神经网络方法发现的26305种晶体结构, 构成NED弹性数据集. 最终, 本研究预测了80664种无机晶体的体积模量和剪切模量, 丰富了现有的材料弹性数据资源, 并为材料设计提供了更多的数据支持. 本文数据集可在https://doi.org/10.57760/sciencedb.j00213.00104 中访问获取.
2025, 74 (12): 123101.
doi: 10.7498/aps.74.20250380
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一氧化碳分子离子(CO+)在大气及天体物理环境中起着关键作用, 其不透明度的理论研究对辐射输运建模具有重要意义. 本文基于实验观测数据, 采用Modified-Morse (MMorse)势函数改进并构建了CO+分子离子X2Σ+, A2Π和B2Σ+电子态的势能曲线, 进一步提取了振动能级和光谱常数. 同时, 利用考虑Davidson修正的多参考组态相互作用(MRCI+Q)方法计算了势能曲线和电偶极跃迁矩. 改进获得的MMorse势与计算得到的势能曲线非常吻合, 且光谱常数和振动能级与其他理论和实验数据符合较好. 结合MMorse势函数和从头计算获得的电偶极跃迁矩, 计算了CO+分子离子在100 atm (1 atm=1.01×105 Pa)压强下, 298—15000 K温度范围内的不透明度, 并探究了不同温度对高温谱的影响. 研究结果表明, 高温环境(T > 5000 K)会导致不同能带系统的谱线展宽与边界模糊, 这种混合效应在T > 10000 K时尤为突出, 揭示了高温下分子离子光谱退化的微观机制. 本研究可以为天体物理领域提供一些理论依据和数据支持. 本文数据集可在https://doi.org/10.57760/sciencedb.j00213.00136 中访问获取.
2025, 74 (12): 123102.
doi: 10.7498/aps.74.20250510
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采用高精度的多参考组态相互作用方法研究了ICl+分子离子的电子结构. 在计算过程中, 通过考虑Davidson修正、自旋-轨道耦合效应和芯-价电子关联提高计算结果的准确性. 获得了两条能量最低的解离极限相关的21个Λ-S态和42个Ω态势能曲线. 在计算的势能曲线基础上, 拟合了束缚态的光谱常数, 这些理论光谱常数与已知的实验结果吻合较好. 研究了ICl+分子离子的偶极矩, 并通过相同对称性电子态22Σ+/32Σ+和22Π/32Π在交叉区域中主要电子组态成分的变化阐明了偶极矩的变化规律. 计算了与22Π, 32Π, 12Δ, 22Δ态相关的自旋-轨道耦合矩阵元. 借助于22Π, 32Π, 12Δ, 22Δ态及邻近电子态的势能曲线, 讨论了相应的预解离通道. 最后对ICl+分子离子激发态至基态的跃迁性质展开了研究. 基于计算所得的跃迁偶极矩和Franck-Condon因子, 给出了激发态较低振动能级的自发辐射寿命. 本文数据集可在https://doi.org/10.57760/sciencedb.j00213.00140 中访问获取.
2025, 74 (12): 125202.
doi: 10.7498/aps.74.20250301
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等离子体不透明度在辐射输运和辐射流体力学研究中具有重要的应用, 在实际应用中, 这些参数主要依赖于理论研究获得, 实验提供了对理论计算精度的检验. 在细致能级模型的理论框架下, 对铝、铁和金等离子体的辐射不透明度进行了系统的理论研究, 建立了在密度0.001—0.1 g/cm3和温度1—300 eV范围内光谱分辨的辐射不透明度和Rosseland和Planck平均不透明度数据库. 不透明度的理论研究涉及到特定等离子体条件下的大量量子态, 在复杂的金等离子体条件下, 量子态的数目可能以亿计, 甚至达到万亿乃至更大, 因而其精确的研究显然具有很大的挑战性. 对于高Z的金等离子体, 公开发表的不透明度数据非常少, 本工作提供的数据库为高Z不透明度研究提供了参考. 对中低Z的铝和铁等离子体, 本课题组以前公开发表的工作很好地解释了实验结果, 表明了理论方法的可靠性. 本文与国际上ATOMIC程序得到的理论结果进行比较, 分析两种方法得到结果的异同, 大部分等离子体条件下, 两者符合较好, 对于有差异的部分, 指出了差异的物理根源. 本文数据集可在https://doi.org/10.57760/sciencedb.22232 中访问获取.
2025, 74 (12): 127102.
doi: 10.7498/aps.74.20250352
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金属材料因其优异的电输运性能和良好的散热性能, 在工业领域应用广泛. 高温高压条件下, 实验测量金属的电热导率难度大且成本高, 数值模拟则是一种高效的方法. 本研究基于Kubo-Greenwood (KG) 公式结合第一性原理分子动力学开发了电导率和电子热导率计算软件TREX (TRansport at EXtremes). 采用该软件计算了镁及镁铝合金 AZ31B在300—1200 K和0—50 GPa温压范围内的电导率和电子热导率, 并与玻耳兹曼输运方程的计算结果进行了对比. 应用Slack方程计算其晶格热导率, 结合电子热导率得到了其总热导率. TREX 软件的计算结果与实验测试数据高度吻合, 充分验证了其计算电热导率的准确性, 并系统揭示了电热导率随温度与压强的变化规律. 本文数据集可在https://doi.org/10.57760/sciencedb.j00213.00128 中访问获取.
