科學(xué)家通常很高興在他們的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)規(guī)律性和相關(guān)性——但前提是他們能夠解釋它們。否則，他們擔(dān)心這些模式可能只是揭示了數(shù)據(jù)本身的一些缺陷，即所謂的實(shí)驗(yàn)假象。
這正是洛桑瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院 (EPFL) Nicola Marzari 團(tuán)隊(duì)的科學(xué)家們所擔(dān)心的，他們注意到兩個(gè)廣泛使用的電子結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫——材料項(xiàng)目 (MP) 數(shù)據(jù)庫和材料云 3 維數(shù)據(jù)庫中出現(xiàn)了意想不到的模式。晶體結(jié)構(gòu)“源”數(shù)據(jù)庫(MC3Dsource)。
這兩個(gè)集合包括超過 80,000 個(gè)實(shí)驗(yàn)材料和預(yù)測材料的電子結(jié)構(gòu)，原則上，所有類型的結(jié)構(gòu)都應(yīng)該平等地代表。但科學(xué)家們注意到，兩個(gè)數(shù)據(jù)庫中大約 60% 的結(jié)構(gòu)都具有由 4 個(gè)原子的倍數(shù)組成的原始晶胞(晶體結(jié)構(gòu)中可能的最小晶胞)?？茖W(xué)家們將這種現(xiàn)象命名為“四法則”，并開始尋找解釋。
初步調(diào)查
“第一個(gè)直觀的原因可能來自這樣一個(gè)事實(shí)：當(dāng)傳統(tǒng)晶胞(比原始晶胞更大的晶胞，代表晶體的完全對(duì)稱性)轉(zhuǎn)變?yōu)樵О麜r(shí)，原子數(shù)量通常會(huì)減少四倍。 ”，Elena Gazzarini 說道，她是 EPFL 材料理論與模擬實(shí)驗(yàn)室 (THEOS) 的 INSPIRE Potentials 研究員，現(xiàn)任職于日內(nèi)瓦的CERN。 “我們問的第一個(gè)問題是用于‘原始化’晶胞的軟件是否正確地完成了這一任務(wù)，答案是肯定的。”
從化學(xué)角度來看，另一個(gè)可能的嫌疑是硅的配位數(shù)(可以與其原子結(jié)合的原子數(shù)量)，即四。加扎里尼說：“我們預(yù)計(jì)會(huì)發(fā)現(xiàn)遵循四規(guī)則的所有材料都包含硅。” “但他們又沒有這么做。”
四法則也不能用化合物的形成能來解釋。加扎里尼說：“自然界中最豐富的材料應(yīng)該是最受能量青睞的，這意味著最穩(wěn)定的材料，即具有負(fù)形成能的材料。” “但我們通過經(jīng)典計(jì)算方法看到的是，四法則和負(fù)形成能之間沒有相關(guān)性。”
由于這兩個(gè)數(shù)據(jù)庫涵蓋的材料空間巨大，從小單位到具有數(shù)十種不同化學(xué)物質(zhì)的非常大的單元，因此仍然有可能進(jìn)行更精細(xì)的分析來尋找形成能和化學(xué)性質(zhì)之間的相關(guān)性，從而提供更準(zhǔn)確的信息。解釋。因此，該團(tuán)隊(duì)邀請(qǐng)了威斯康星大學(xué)的機(jī)器學(xué)習(xí)專家 Rose Cernosky，她開發(fā)了一種算法，可以根據(jù)原子特性對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分組，并研究具有某些化學(xué)相似性的材料類別中的形成能。但同樣，該方法沒有提供區(qū)分符合四規(guī)則的材料和不符合要求的材料的方法。
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