秋去冬來，北風(fēng)凜冽，科研人宅在實(shí)驗(yàn)室搗鼓實(shí)驗(yàn)；

寒來暑往，四季更替，計(jì)算人貓?jiān)陔娔X前撥弄數(shù)據(jù)！

1.Nature Communications：機(jī)器學(xué)習(xí)模型加速聚合物長(zhǎng)效注射劑的設(shè)計(jì)

長(zhǎng)效注射劑，被認(rèn)為是治療慢性疾病最有前途的治療策略之一，因?yàn)樗鼈兛梢蕴岣咧委熜Ч?、安全性和患者依從性。在這種藥物配方策略中使用聚合物材料，可以提供無與倫比的多樣性，因?yàn)槟軌蚝铣删哂袕V泛性質(zhì)的材料。然而，包括藥物和聚合物的物理化學(xué)性質(zhì)在內(nèi)的多個(gè)參數(shù)之間的相互作用，使得直觀地預(yù)測(cè)這些系統(tǒng)的性能非常困難。這就需要通過廣泛和耗時(shí)的體外實(shí)驗(yàn)來開發(fā)和表征廣泛的候選配方。機(jī)器學(xué)習(xí)正在使包括藥物發(fā)現(xiàn)和材料科學(xué)在內(nèi)的許多領(lǐng)域取得跨越式的進(jìn)步。目前的研究向數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的藥物配方開發(fā)邁出了關(guān)鍵一步，重點(diǎn)是長(zhǎng)效注射劑。在此，為了解決這一挑戰(zhàn)，來自加拿大多倫多大學(xué)的Alán Aspuru-Guzik & Christine Allen等研究者展示了機(jī)器學(xué)習(xí)算法可以用來預(yù)測(cè)這些先進(jìn)的藥物輸送系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)藥物釋放。研究者還證明了，這些訓(xùn)練過的模型可以用于指導(dǎo)新型長(zhǎng)效注射劑的設(shè)計(jì)。所述數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法的實(shí)施，有可能減少與藥物配方開發(fā)相關(guān)的時(shí)間和成本。

參考文獻(xiàn)：

Bannigan, P., Bao, Z., Hickman, R.J.?et al.?Machine learning models to accelerate the design of polymeric long-acting injectables.?Nat Commun?14, 35 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-022-35343-w

原文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41467-022-35343-w

2.Nature Communications：通過馬氏體時(shí)效效應(yīng)和動(dòng)態(tài)析出相轉(zhuǎn)變使超強(qiáng)中熵合金的強(qiáng)度和延展性翻倍

針對(duì)環(huán)境問題，超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)材料的需求，一直在穩(wěn)步增長(zhǎng)。馬氏體時(shí)效合金，通過減少點(diǎn)陣缺陷和形成金屬間析出相，而具有較高的抗拉強(qiáng)度和斷裂韌性。半相干析出相是表現(xiàn)超高強(qiáng)度的關(guān)鍵；然而，它們?nèi)匀粚?dǎo)致有限的加工硬化和均勻的延性。在此，來自韓國首爾大學(xué)的Seok Su Sohn等研究者展示了一種涉及變形半相干沉淀物及其基于兩種有序相之間的窄穩(wěn)定間隙的動(dòng)態(tài)相變的策略。在模型中熵合金中，基體析出相既是位錯(cuò)勢(shì)壘，又是位錯(cuò)滑動(dòng)介質(zhì)；晶界析出相，通過向基體析出相的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)變，進(jìn)一步促進(jìn)了顯著的加工硬化。這種組合，可以成倍提高強(qiáng)度和均勻延性，從而為開發(fā)各種超強(qiáng)金屬材料提供了一種有前途的增強(qiáng)力學(xué)性能的合金設(shè)計(jì)理念。

參考文獻(xiàn)：

Chung, H., Choi, W.S., Jun, H.?et al.?Doubled strength and ductility via maraging effect and dynamic precipitate transformation in ultrastrong medium-entropy alloy.?Nat Commun?14, 145 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-35863-z

原文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41467-023-35863-z#Abs1

3.npj Computational Materials：通過機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)晶格熱導(dǎo)率-一個(gè)小綜述

在過去的幾十年里，分子動(dòng)力學(xué)模擬和第一性原理計(jì)算，已成為預(yù)測(cè)晶格熱導(dǎo)率(κL)的兩種主要方法，但它們分別受到精度不足和計(jì)算成本高的限制。為了克服這種固有的缺點(diǎn)，機(jī)器學(xué)習(xí)(ML)已經(jīng)成功地用于高通量準(zhǔn)確預(yù)測(cè)κL。在此，來自武漢大學(xué)的劉惠軍&?Ying Fang等研究者介紹了近年來ML在κL直接預(yù)測(cè)和間接預(yù)測(cè)方面的研究進(jìn)展，并對(duì)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型的推導(dǎo)和應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)介紹。最后對(duì)目前的工作進(jìn)行了簡(jiǎn)要總結(jié)，并展望了未來的發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)：

Luo, Y., Li, M., Yuan, H.?et al.?Predicting lattice thermal conductivity via machine learning: a mini review.?npj Comput Mater?9, 4 (2023). https://doi.org/10.1038/s41524-023-00964-2

原文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41524-023-00964-2

4.npj Computational Materials：Moiré準(zhǔn)粒子-離激元耦合誘導(dǎo)的勢(shì)重整化和超平坦帶

Moiré勢(shì)譜，可以形成平坦的電子帶，并表現(xiàn)出電子的相關(guān)狀態(tài)，其中載流子摻雜對(duì)于觀察這些相關(guān)性至關(guān)重要。在此，來自美國華盛頓大學(xué)的Li Yang等研究者發(fā)現(xiàn)了一個(gè)隱藏但顯著的多電子效應(yīng)：摻雜載流子形成二維等離子體激元，并與準(zhǔn)粒子強(qiáng)耦合，使moiré勢(shì)重正化并實(shí)現(xiàn)超平坦帶。利用多體微擾理論，研究者證明了這種效應(yīng)在扭曲MoS2/WS2異質(zhì)雙層。載流子摻雜后，moiré勢(shì)顯著增強(qiáng)，帶寬降低數(shù)量級(jí)，導(dǎo)致電子動(dòng)能劇烈猝滅，相關(guān)性增強(qiáng)。研究者進(jìn)一步預(yù)測(cè)，相關(guān)機(jī)制之間的競(jìng)爭(zhēng)可以通過摻雜有效地控制，為Mott和電荷轉(zhuǎn)移絕緣態(tài)之間的量子躍遷，帶來了希望。該工作表明，摻雜的潛在重整化效應(yīng)，在決定和控制半導(dǎo)體moiré晶體中的多電子電子相關(guān)性方面，比單一填充因子調(diào)諧更重要。

參考文獻(xiàn)：

Zhu, L., Wang, H. & Yang, L. Moiré potential renormalization and ultra-flat bands induced by quasiparticle-plasmon coupling.?npj Comput Mater?9, 8 (2023). https://doi.org/10.1038/s41524-023-00963-3

原文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41524-023-00963-3

5.npj Computational Materials：基于二維α-In2Se3/半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)的面內(nèi)鐵電隧道結(jié)

鐵電隧道結(jié)(FTJs)，在高密度非易失性存儲(chǔ)器中具有很大的應(yīng)用潛力。最近，α-In2Se3被發(fā)現(xiàn)在單層厚度下表現(xiàn)出強(qiáng)大的面內(nèi)和面外鐵電極化，是作為小型電子器件鐵電元件的理想材料。在此，來自湘潭大學(xué)的姜杰&楊瓊等研究者設(shè)計(jì)了由α-In2Se3鐵電和六方IV-VI半導(dǎo)體組成的二維van der Waals異質(zhì)結(jié)構(gòu)，并提出了基于這些異質(zhì)結(jié)構(gòu)的平面內(nèi)FTJ。第一性原理計(jì)算表明，所設(shè)計(jì)的異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電子帶結(jié)構(gòu)可以通過鐵電極化在絕緣態(tài)和金屬態(tài)之間切換。研究者證明了平面內(nèi)FTJ在OFF和ON狀態(tài)下分別表現(xiàn)出兩種不同的傳輸機(jī)制，隧道和金屬傳輸，導(dǎo)致巨大的隧道電阻效應(yīng)，OFF/ON電阻比超過1×104。該結(jié)果為基于二維鐵電/半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)的高密度鐵電存儲(chǔ)器，提供了一種有前景的方法。

參考文獻(xiàn)：

Liu, Z., Hou, P., Sun, L.?et al.?In-plane ferroelectric tunnel junctions based on 2D?α-In2Se3/semiconductor heterostructures.?npj Comput Mater?9, 6 (2023). https://doi.org/10.1038/s41524-022-00953-x

原文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41524-022-00953-x