文献分享：npj Comput. Mater.期刊速览，知计算最新进展

npj Computational Materials是一份来自自然研究的开放获取期刊，致力于发表高质量的论文，报告计算技术在材料科学的发展和应用方面的重大进展。

npj Computational Materials是自然合作期刊系列的一部分，由施普林格Nature与中国科学院上海硅酸盐研究所合作出版。

上期，我们回顾了2020年《npj Computational Materials》期刊，引用量排名前十的文章中前五篇。本期，我们将对剩下的五篇文章进行推送。

力场+主动学习：可解释贝叶斯力场的动态主动学习应用于罕见原子事件

机器学习力场，通常需要手工构建训练集，包括成千上万的第一性原理计算，然而当应用到模型的训练集中，尚没有表示的结构时，可能导致低训练效率和不可预测的错误。这严重限制了这些模型，在由重要的罕见事件控制的系统中的实际应用，如化学反应和扩散。在此，来自美国哈佛大学的Jonathan Vandermause & Boris Kozinsky等人，提出了一种自适应贝叶斯推理方法，利用分子动力学模拟中绘制的结构，可用于自动训练可解释的、低维的，和多元素原子间力场。在主动学习框架内，高斯过程回归模型的内部不确定性，被用来决定，是否接受模型预测或执行第一原理计算，来扩充模型的训练集。该方法可用于一系列单元素和多元素系统，并显示出在精度和计算效率方面，取得了良好的平衡，同时仅需最小数量的从头开始训练数据。研究者的方法是完全开源的，以及提供了一个，将训练过的模型映射到计算效率表力场的程序。

参考文献：Vandermause, J., Torrisi, S.B., Batzner, S. et al. On-the-fly active learning of interpretable Bayesian force fields for atomistic rare events. npj Comput Mater 6, 20 (2020). https://doi.org/10.1038/s41524-020-0283-z

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41524-020-0283-z#citeas

材料生长+动力学模拟：半熔态铜基体上化学气相沉积生长石墨烯下沉过程的分子动力学模拟

铜箔是合成大面积、高质量单层石墨烯，最有前途的催化剂。实验发现，在石墨烯生长温度下，铜衬底呈半熔融状态。在此，来自江苏大学的Ziwei Xu和乔冠军&韩国蔚山国立科学技术研究所的丁峰等人，基于自行开发的C-Cu经验势和密度泛函理论(DFT)方法，研究了石墨烯纳米结构(碳纳米团簇和石墨烯纳米带)，在半熔融铜衬底上的稳定性。在经典的MD模拟中观察到的许多原子细节，与在DFT-MD模拟中观察到的非常一致，证实了C-Cu势的高精确度。根据石墨烯岛的大小，可以观察到两种不同的下沉模式：(i)石墨烯岛下沉到金属衬底的第一层；(ii)许多金属原子围绕着石墨烯岛。进一步的研究表明，下沉的石墨烯导致石墨烯岛的单向排列和无缝拼接，从而解释了大单晶石墨烯在铜箔上的生长。本研究加深了，人们对石墨烯在半熔态铜衬底上CVD生长的物理认识，很好地解释了多个实验谜团，为大面积单晶单层石墨烯的可控合成，提供了理论参考。

参考文献：Xu, Z., Zhao, G., Qiu, L. et al. Molecular dynamics simulation of graphene sinking during chemical vapor deposition growth on semi-molten Cu substrate. npj Comput Mater 6, 14 (2020). https://doi.org/10.1038/s41524-020-0281-1

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41524-020-0281-1#citeas

扭曲石墨烯+物理特性：扭曲石墨烯系统的反常霍尔效应、磁光学特性和非线性光学特性

在此，来自中国香港科技大学的Jianpeng Liu等人，研究了与六方氮化硼衬底对齐的双扭曲双层石墨烯，以及双扭曲双层石墨烯体系的反常霍尔效应、磁光学特性和非线性光学特性。研究证明，在扭曲的石墨烯系统中，不消失的山谷极化会引起异常霍尔效应，而这种异常霍尔效应，可以通过面内磁场来调节。谷极化态，同样与太赫兹频率范围内的巨大法拉第和克尔旋转有关。此外，研究者认为扭曲的石墨烯系统，由于其反演对称性破缺、小的带宽和小的激发间隙，而表现出巨大的非线性光学响应。在扭曲双双层石墨烯中，研究者发现非线性光导张量的某些分量，与系统的轨道磁化率成正比，在垂直磁场的作用下会表现出显著的磁滞行为。

参考文献：Liu, J., Dai, X. Anomalous Hall effect, magneto-optical properties, and nonlinear optical properties of twisted graphene systems. npj Comput Mater 6, 57 (2020). https://doi.org/10.1038/s41524-020-0299-4

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41524-020-0299-4#citeas

量子计算机+材料模拟：在近期的量子计算机上对材料进行量子模拟

量子计算机，有望有效模拟分子和材料的特性；然而，由于量子位的数量有限，目前它们只允许对少数原子；进行从头计算。为了利用近期量子计算机的能力来模拟更大的系统，研究者希望开发混合量子经典方法，将量子计算限制在系统的一小部分。对于分子和固体来说，这是特别相关的，因为活性区域比其环境要求更高的理论精度。此文中，来自没干过芝加哥大学的He Ma & Marco Govoni & Giulia Galli等人，提出了一种量子嵌入理论，来计算活性区域的强相关电子态，系统的其余部分在密度泛函理论中描述。通过对半导体中几个缺陷量子比特的研究，证明了该方法的准确性和有效性。研究者在量子计算机上进行了计算，结果表明，它们得到的结果，与在经典结构上精确对角化得到的结果一致，为在近期的量子计算机上，模拟真实材料铺平了道路。

参考文献：Ma, H., Govoni, M. & Galli, G. Quantum simulations of materials on near-term quantum computers. npj Comput Mater 6, 85 (2020). https://doi.org/10.1038/s41524-020-00353-z

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41524-020-00353-z#citeas

自旋极化+固体材料：固体中自旋极化缺陷的高谐波产生 

气体中高次谐波的产生，使探测原子和分子中的阿托秒电子动力学，具有前所未有的分辨率。这些技术最初是为原子和分子气体而开发的，而将这些技术扩展到固体，需要对物理学的基本理解，而这部分已经在理论上得到了解决。在此，来自德国马克斯普朗克研究所的Angel Rubio & 印度理工学院的Gopal Dixit等人，利用含时密度泛函理论，研究了空位的存在，对单层六方氮化硼高谐发射的影响。研究者展示了，这些真实的自旋极化缺陷，如何修改谐波发射，并证明了在原始固体和缺陷固体的谐波之间，存在着重要的差异。尤其是，研究者发现自旋极化点缺陷的存在，对不同的自旋通道有不同的影响。此外，波函数的局域化、缺陷的几何结构以及电子-电子相互作用，都是描述缺陷固体中高谐波产生的关键因素。

参考文献：Mrudul, M.S., Tancogne-Dejean, N., Rubio, A. et al. High-harmonic generation from spin-polarised defects in solids. npj Comput Mater 6, 10 (2020). https://doi.org/10.1038/s41524-020-0275-z

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41524-020-0275-z#citeas

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