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无序硅中结构和电子跃迁的起源( Origins of structural and electronic transitions in disordered silicon )
VL Deringer N Bernstein G Csányi CB Mahmoud SR Elliott
结构无序的材料提出了一些基本问题，包括不同的无序相（“多晶”）如何共存并从一个相转变为另一个相。非晶硅已被广泛研究；它在环境条件下形成四配位的共价网络，在压力下形成更高配位的金属相。然而，由于即使是最先进的实验和计算技术的内在限制，例如在通过模拟可获得的系统尺寸方面，对无序硅中结构转变的详细的机械理解一直缺乏。在这里，我们展示了在精确量子力学计算基础上训练的原子机械学习模型如何帮助描述10万个原子系统（10纳米长度尺度）的液态-非晶和非晶-非晶转变，预测结构、稳定性和电子性质。我们的模拟揭示了非晶硅在不断增加的外压下的三步转变序列。首先，发现多晶低密度和高密度非晶区是共存的，而不是依次出现的。然后，我们观察到结构塌陷为明显的甚高密度非晶(VHDA)相。最后，我们的模拟表明了这种VHDA相的瞬态性质：它迅速成核微晶，最终导致多晶结构的形成，这与实验一致，但在早期的模拟中没有看到。电子态密度的机械学习模型证实了在VHDA形成和随后的结晶过程中金属性的开始。这些结果揭示了硅的液态和非晶态，并且，在更广泛的背景下，它们为预测材料模型的机器学习驱动方法提供了例证。
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