杨志华、潘世烈等在数据驱动的新型非线性光学材料设计方面取得重要突破

huafen

随着人工智能的兴起，在探索新材料的过程中，传统的“炒菜式”探索方式已不适合这个时代发展的主旋律。机器学习+高通量计算正如火如荼的蔓延到科学研究的各个领域，其不仅节省了大量的人力物力，而且也为实验的合成提供了一个靶向的指导，大大提高了新材料开发的效率。

图1  探索优良中远红外非线性光学材料的数据驱动的设计蓝图及机器学习去预测化学组分的带隙。

        近日中国科学院新疆理化技术研究所光电功能晶体材料团队报道了一种适用于非线性光学晶体材料的研究新范式，这种新的研究范式将机器学习、晶体结构预测、高通量计算与筛选以及实验探索融为一体，实现了非线性光学晶体材料从理论预测到实验合成的重大跨越。首先通过机器学习利用原子卷积神经网络（ATCNN）算法对3887个化学组分进行带隙预测，数据清洗之后，将研究体系锁定在AIBIIISe2 (AI = Li, Na, K, Rb, Cs; BIII = Al, Ga)；在随后对其进行晶体结构预测的工作中，不仅成功预测了所有已知的结构，同时还发现了5个热力学稳定和50个热力学亚稳态新的三元硒化物；高通量的计算和筛选结果表明其中8例结构可以实现带隙和倍频之间的平衡（Eg > 2.70 eV, |dij| > 10 pm/V），有2例已经通过实验成功合成，其中1例结构显示出大的倍频效应(≈2 × AGS)和宽的透过范围，可以覆盖两个重要的大气波段(3-5, 8-12 μm)。该研究体现了从理论预测到实验验证的成功案例，并为后续新型非线性光学晶体材料的设计及合成提供了一种有效策略。
         相关研究成果发表在《Advanced Functional Materials》(Adv. Funct. Mater. 2022, 32, 2200231-2200239)上。中科院新疆理化所为唯一完成单位，硕士研究生蔡文兵和博士研究生艾力江·阿卜杜如苏力为第一作者，杨志华研究员、谢聪伟博士和潘世烈研究员为通讯作者，该工作得到了国家自然科学基金优青项目、中科院0-1创新项目等项目资助。
        文章链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202200231


         文章来源：新疆理化所
      潘世烈，男，理学博士，中国科学院新疆理化技术研究所研究员，博士生导师，中国科学院“百人计划”学者，国家杰出青年科学基金获得者，国家"万人计划"领军人才入选者，中国科学院新疆理化技术研究所副所长，中科院“特殊环境功能材料与器件”重点实验室主任。1996年于郑州大学获得理学学士学位，同年保送郑州大学研究生于1999年获理学硕士学位，2002年7月于中国科学技术大学获理学博士学位，2004年中国科学院理化技术研究所博士后出站后，到美国Northwestern University化学系做博士后研究。2007年6月招聘回国到中国科学院新疆理化技术研究所工作入选中科院“百人计划”。先后在J. Am. Chem. Soc.; Angew. Chem. Int. Ed.等刊物上发表SCI论文300余篇，其中，SCI影响因子大于4.0的文章130余篇。
      杨志华，中国科学院新疆理化技术研究所研究员。于2013年入选中组部“百人计划”。在“百人计划”项目执行期间，在建立非线性光学材料信息数据库及功能基元数据库、非线性光学材料微观机理、光学材料分析软件开发及指导材料合成等方向取得多项重要研究成果。期间在JACS、PRL等SCI期刊上发表论文100余篇，主持承担国家“973”青年项目（首席科学家）、国家自然科学基金、中科院科研装备研制项目等多项课题。