CrystalCGAIN：高效生成具有目标特性的多孔晶体结构及其逆向设计方法

《npj Computational Materials》：CrystalCGAIN: efficient generation and inverse design of porous crystal structures with target properties

　　

摘要

新材料的开发是现代材料科学面临的关键挑战。具有特定目标特性的新材料具有巨大的应用潜力，但其制备过程中存在诸多障碍：数据匮乏、结构可行性问题以及性能方向性的控制难题。传统的晶体生成方法缺乏可解释性，无法充分利用现有的晶体结构信息来指导制备过程。为了解决这些问题，本研究提出了一种基于晶格参数和分数原子坐标的无反演表示方法。通过整合生成对抗性插补网络（GAIN）和原子距离矩阵，我们捕捉了晶胞内的原子位置相关性，并设计了一种晶体逆向生成模型，从而能够从已知的结构部分出发生成多种新型晶体。利用沸石数据集，我们成功制备了33种新型稳定晶体和83种亚稳态晶体，所有结果均通过密度泛函理论（DFT）进行了验证。此外，该模型还通过软约束机制实现了孔隙率在15%到25%范围内的沸石材料的选择性生成。与传统方法相比，该方法在效率、结构质量和性能控制方面具有显著优势，为多孔晶体的逆向设计提供了新的思路。