结构约束集成生成模型在量子材料发现中的突破性应用

来自前沿领域的研究团队开发了SCIGEN框架，通过将几何约束整合到扩散生成模型中，成功解决了无机功能材料稀缺的难题。该研究生成了一千万个具有特殊晶格结构的化合物，其中53%结构稳定，41%呈现磁有序，并实验合成了两种磁性材料TiPd0.22Bi0.88和Ti0.5Pd1.5Sb，为量子材料设计提供了可扩展路径。

　　

本研究提出结构约束集成生成模型（SCIGEN），通过将蜂巢晶格（honeycomb）和笼目晶格（kagome）等几何约束整合到扩散生成模型（diffusion-based generative models）中，有效解决了无机功能材料稀缺的难题。该框架支持从原始分布中进行条件采样，在保持输出有效性的同时精准引导结构基元形成。

研究团队成功生成了包含阿基米德晶格（Archimedean lattices）和李晶格（Lieb lattices）的一千万个无机化合物，其中超过10%通过多阶段稳定性筛选。对26,000个候选材料的高通量密度泛函理论（density functional theory）计算显示，超过95%的体系收敛且53%结构稳定。通过图神经网络（graph neural network）分类器检测，41%的弛豫结构呈现磁有序（magnetic ordering）。

实验验证方面，团队成功合成并表征了两种预测材料：呈现顺磁性（paramagnetic）的TiPd_0.22Bi_0.88与呈现抗磁性（diamagnetic）的Ti_0.5Pd_1.5Sb。这项研究表明SCIGEN为晶格几何引导的量子材料（quantum materials）开发提供了可扩展的解决方案。