x射线数据增强计算方法可以确定多相材料的晶体结构
发布时间：2024-12-06 10:13:25 阅读数： 371
将计算模拟与实验数据相结合，可以直接确定几种晶体结构。来源：Kubo et al 2024
在材料科学的广阔领域中，探索和理解不同材料的晶体结构，即它们的“相”，是解锁新材料性质和应用的关键。然而，对于包含多种晶体结构的粉末状多相材料，这一任务尤为复杂。东京大学的一个联合研究小组，由Yuuki Kubo和Shiji Tsuneyuki领导，近日在《化学物理杂志》上发表了一项突破性成果，他们开发了一种全新的计算方法，能够直接通过粉末的X射线衍射图预测其晶体结构。
想象一下，速溶咖啡颗粒大小的粉末在X射线照射下产生的衍射图，这些复杂的图案中隐藏着材料晶体结构的秘密。传统方法依赖于“晶格常数”，即晶体的特定属性，来确定晶体结构。但在许多情况下，这些常数并不精确已知，导致实验数据难以分析，可能遗漏了隐藏的晶体结构。
Kubo和Tsuneyuki的团队则另辟蹊径，他们创建了一个基于分子动力学的模型，这个模型通过计算原子间的力来模拟原子的运动。接下来，他们巧妙地将实验X射线衍射数据与这个模拟模型相结合，增强了实验数据与模拟结果的一致性，从而无需依赖晶格常数就能预测晶体结构。
起初，团队对这一方法的前景持谨慎态度?！拔颐遣⒉蝗衔庵址椒ɑ岷苡星巴?，”Kubo坦言。然而，当他们进行测试计算时，结果令人惊喜：新方法的表现远远超出了他们的预期。
为了验证这一方法的有效性，研究小组将其应用于几种广泛研究的材料，如碳（石墨和金刚石）和二氧化硅（低石英、低方英石和钴矿）。结果显示，新方法能够准确地再现这些材料的独特晶体结构，证明了其强大的预测能力。
Kubo和他的团队并没有止步于此，他们已经在规划未来的研究方向?！拔颐羌苹庵中路椒ㄓτ糜谀切┮蚪峁共舛ㄊО芏幢怀浞掷玫姆勰┭苌涫笛槭?，希望能发现新的材料相?！盞ubo说，“此外，我们的目标是进一步发展这种结合实验和模拟的方法，不仅用于确定晶体结构，还能揭示表面和界面的结构?！?/span>
这项研究不仅为材料科学家提供了一种强大的工具，来探索和理解多相材料的晶体结构，也为新材料的开发和现有材料的优化开辟了新途径。随着这一方法的广泛应用，我们或许能更快地揭开自然界的更多奥秘，推动材料科学的进步。
