【48812】中科院金属所Nature子刊：亚氧化钛超快可逆固固相变机制重要开展！

  固固相变作为一种重要的物质行为，都会存在于自然界中，如石墨-金刚石相变、钢的马氏体改变、陶瓷相变、电荷密度波相变等。一般，固固相变可分为两种类型：一类是位移型（马氏体）相变，经过原子的短程位移而产生结构演化从而完成相变；另一类是重构型相变，随同化学键的开裂和重构，在相变临界点处表现出大的潜热和热滞现象。

  与位移型固固相变比较，重构型相变因化学键开裂而需求战胜较大的自由能势垒，常表现出缓慢的相变动力学。亚氧化钛Ti3O5的β相与λ相之间的改变是一种典型的一阶重构型固固相变，可是却表现出失常的超快可逆动力学特性。相变进程可经过施加压力—热、压力—光以及压力—电流等外部条件完成超快可逆调控，有望在光学存储、能量存储和传感器等范畴取得使用。可是，现有的试验技能因缺少满足的空间和时间分辨率，很难捕捉到超快相变进程中的演化信息，而原子标准模仿固固相变则需求大系统（超万原子数）、长期标准（纳秒等级）动力学的准确描绘。

  中国科学院金属研讨所沈阳资料科学国家研讨中心资料规划与核算研讨部机器学习团队与西北工业大学、东北大学以及奥地利维也纳大学研讨者协作，开展了动态自动机器学习及矩张量势函数模型，结合先进增强采样技能，为亚氧化钛Ti3O5系统成功开发了精度与功率统筹的矩张量机器学习势，既坚持了传统经历力场高的核算功率，又兼具第一性原理高的核算精度。研讨人员根据该机器学习势，核算取得了与试验相符的温度-压力相图；经过大规模、长期标准的原子模仿，提醒了亚氧化钛Ti3O5的β相至λ相的共同逐层相变机制，即先在ab平面内二维形核并成长，然后由应变驱动产生沿c轴逐层改变。这种面内形核、凭借亚稳中心相的逐层面外扩展的多步相变动力学机制显着降低了β↔λ改变的相变能垒，是亚氧化钛Ti3O5超快、可逆相变的要害。