圖1. 過渡金屬離子在局域環境中的配位偏好（離子的“形狀”）
從原子尺度理解化合物“結構-物性”間的構效關系是物質科學領域的基本問題，深入細致地厘清物質微觀局域結構的統計特征，有助于人們更好地理解物理、材料、化學等眾多學科中的科學問題。當今廣泛被人們使用的物質科學基本數據大多都源自上世紀中后期，數值較為陳舊。例如，被物質科學領域廣泛使用近半個世紀的離子半徑數值，源自上世紀60年代的統計數據，隨著近年材料科學數據的不斷積累，海量數據也將帶給物質科學領域新數值、新認知。
中科院物理所孟勝、劉淼團隊與美國勞倫斯伯克利國家實驗室的Kristin A. Persson教授合作，系統地分析了3萬余個過渡金屬氧化物的晶體信息，提煉出過渡族金屬離子的配位結構、價態、離子鍵長、原子磁矩、Jahn-Teller效應導致的局部形變、結構穩定性等物理量的詳細信息。該工作表明每種過渡族金屬離子都具有各自的“形狀”、“尺寸”和“原子磁矩”，從而勾畫出固體中每種過渡金屬離子的“個性”畫像；通過人工智能方法，進一步獲取過渡金屬離子的結構相似性“模版”，可用于指導新材料設計和穩定性快速評估。
依據上述離子的結構相似性知識，該團隊進而借助離子替換擴展了人類已知的化合物空間，生成了6萬余個人類未知的新結構，通過對這些結構進行高通量計算，找到了5千個穩定的新化合物（Ehull < 20meV/atom），這些新材料很容易被實驗合成，有效地擴展了材料科學的化合物“版圖”。該工作為探索更廣闊的無機材料相空間提出了新的思路，所有化合物信息均可在Atomly材料數據庫（https://atomly.NET/）中查詢。
圖2. 3d TM-O鍵長與價態、熱力學穩定性的關系
圖3. 3d過渡金屬離子的原子磁矩與價態和Jahn-Teller效應間的統計結果
圖4. 過渡金屬離子的局域結構相似性。深色代表高相似性
WILEY
論文信息：
Persona of Transition Metal Ions in Solids: A Statistical Learning on Local Structures of Transition Metal Oxides
Huaxian Jia, Matthew Horton, Yanan Wang, Shengjie Zhang, Kristin A. Persson*, Sheng Meng*, Miao Liu*
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期刊簡介
《先進科學》（Advanced Science）Wiley旗下創刊于2014年的優質開源期刊，發表材料科學、物理化學、生物醫藥、工程等各領域的創新成果與前沿進展。期刊為致力于最大程度地向公眾傳播科研成果，所有文章均可免費獲取。最新影響因子為17.521，中科院2020年SCI期刊分區材料科學大類Q1區、工程技術大類Q1區。
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