2022年6月27日综述了阿历克斯史密斯
拓扑数学和利用了机器学习理论科学家确定隐藏导热系数之间的关系,在非晶硅纳米结构。它是一种玻璃的材料,没有重复的结晶。
左:预测值之间的相关性的持久的同源性分析和测试值计算的模拟。右:数据点(红色和蓝色区域)持久图强烈相关导热系数的值。five-vertex循环显示在图的最小分量中程秩序,和四顶点循环组件,打破了中程秩序,降低热导率。图片来源:国家自然科学研究院/分子科学研究所。欧洲杯线上买球
出现在解释他们的研究方法化学物理学报6月23日理查德·道金斯,2022年。
非晶态固体,如玻璃、蜡、塑料、和黑曜石没有远程重复,或晶体结构,是由原子或分子。这不同于结晶固体,像大多数金属盐和岩石。因为他们缺乏长程有序结构,非晶态固体的导热系数相比,可以大大减少晶体相同的材料制成的。
但仍可能存在一些中程订单的可用性纳米的规模。这种中程秩序必须影响原子的扩散和传播振动,往往携带热量。无序引起的热传输材料独特的物理学家感兴趣由于其在工业应用的意义。欧洲杯足球竞彩
非晶硅的形式被使用在一个巨大的在当今世界范围内的应用,从太阳能电池到图像传感器。出于这个原因,科学家们集中研究了非晶硅的中程秩序的结构性特征,以及它如何与热导率。
为了更好的控制利用非晶硅的应用程序,控制其热性能高工程师的愿望清单。提取非晶态的纳米结构特性包括中程秩序是一个重要的关键。
Emi Minamitani,研究相应的作者和理论分子科学家,分子科学研究所、国立自然科学欧洲杯线上买球
显然,这个任务已经被证明是一个挑战困难的由于人员使用传统的方法来识别关键纳米无序系统的特点。
在实验中,存在的中程订单已检测到的帮助下以物理的方式波动电子显微镜。这包括统计分析纳米卷的散射无序材料。
理论水平而言,讨论了考虑二面角角度的分布(原子的两套切片平面之间的夹角)或利用所谓的“环统计数据。“后者试图理解原子的连接的结构特点。
这种利用数学领域称为拓扑,从而分析对象的属性,不变化,被称为“不变”——即使对象是不断受到拉伸和变形而不被打破(如形状写在一张橡胶)。
集中在这个拓扑不变性似乎有利于提供一个定性的描述,如随机性的物理性质有关的趋势。但很难确定原子结构相当于一个中程订单和预测其物理性质得到仅从简单的拓扑不变量。
因此,科学家们持续旋转一个进化的方法称为同源——一种拓扑数据分析。持久的同源性已经在其他地方使用检查复杂结构不同从蛋白质到非晶态固体。
这种技术的优点是在检测复杂的结构在不同的空间尺度上的拓扑特征。这是至关重要的,因为中程秩序由quasi-repetitive结构在多尺度。这一特点,可以提取中程秩序一直隐藏在什么否则表现为随机性。
计算模型的非晶硅是由科学家们的帮助下经典分子动力学中硅的温度进一步提高熔点和逐渐冷却(淬火)到室温。结构特性的变化是通过改变冷却速度发起的。
图,此外,公司的二维可视化公司同源性,是每一个模型计算。科学家们集中在图,往往反映了非晶硅的结构特点。
因此,他们建立了数值表示,被称为“描述符,可以利用机器学习。科学家发现持久图满足制造一个好的描述符用于机器学习过程中,在返回帮助实现精确预测对于热导率。
另外检查稳定同源数据和机器学习模型,科学家们展示了早些时候隐藏中程秩序之间的关系也在非晶硅和其热导率。
目前,这项研究必须为一个途径调节材料非晶硅的特点以及其他非晶态固体通过纳米结构的拓扑结构。
期刊引用:
Minamitani、E。等。拓扑描述符(2022)晶硅的热导率。《物理化学》杂志上。doi.org/10.1063/5.0093441。
来源:https://www.nins.jp/en/