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吉大杰青‘神算子’,開發新AI‘算盤’,助力多篇Nature、Science等頂刊!

人物介紹
張立軍,現在擔任吉林大學材料科學與工程學院教授、博士生導師、吉林大學“唐敖慶學者”卓越教授,總被引超過1.5萬次,i10指數143。
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教育科研經歷:張立軍2003年本科畢業于東北師范大學物理系,2008年在吉林大學獲凝聚態物理博士學位,2008-2014年先后到美國橡樹嶺國家實驗室、美國國家可再生能源實驗室、美國科羅拉多大學波爾得分校任博士后研究員、研究助理教授。2014年在國家海外高層次青年人才引進計劃支持下回國到吉林大學工作,2017年、2021年分別獲國家基金委優秀青年基金、杰出青年基金項目資助,他主要從事半導體材料物理、半導體光電材料、材料計算模擬、新材料設計方面的科學研究工作,聚焦半導體光電材料,開展新材料設計與物性調控研究,多個理論預測的新型光電半導體物性調控思路得到實驗證實
新AI‘算盤’
為滿足材料基因工程與材料信息學的研究需求,吉林大學張立軍課題組結合功能材料大數據與人工智能機器學習算法,開發了一款叫做JAMIP的材料設計軟件。它可以對半導體材料、介電材料、金屬材料等多個材料體系進行合成、高通量計算模擬,還提供了數據管理、分析及存儲技術和機器學習數據挖掘算法,幫助用戶更快速地挖掘材料結構中的物理性質,探索材料性質以及不同物理性質之間的關系,幫助材料科學家進行高性能化設計。2021年,這個‘新算盤’項目以“JAMIP: an artificial-intelligence aided data-driven infrastructure for computational materials informatics”為題發表于Science Bulletin期刊上。
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圖1. JAMIP代碼框架,該程序分為三個主要部分:數據生成(藍色)、數據收集(黃色)和數據學習(綠色)。
該軟件有三個特色:(1)內置了多種不同類型的材料性質計算流程模塊,可快速構建缺陷、表面、晶界、異質結等復雜材料結構,可針對批量生成的材料結構進行高度自動化的計算模擬。(2)該軟件集成了以Django框架為基礎的數據庫平臺接口,支持多種主流關系型數據,實現結果的自動化數據提取、存儲和分析。(3)該軟件集成了機器學習算法模塊。(連上ChatGPT會不會更好玩?)
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圖2. 材料數據庫的整體視角
為頂刊插上翅膀
張立軍教授在光電子材料領域有深厚的計算積累,找他做計算的伙伴檔次都很高,強強聯合后,他們將文章發表在Nature、Science等頂刊上。
1. 2018年,華中科技大學武漢國家光電研究中心的唐江教授團隊在Nature發表文章“Efficient and stable emission of warm-white light from lead-free halide double perovskites”,這個工作闡釋了Cs2AgInCl6的發光特性,通過Na+合金化和Bi3+痕量摻雜實現了高效穩定的白光LED,這為非鉛鈣鈦礦發光材料的研究指明了一條道路,有希望在綠色照明方面實現產業化應用。張立軍教授是合作者之一,提供了非常重要的計算幫助。
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2. 2019年,上海交通大學趙一新團隊在Science上發表文章“Thermodynamically stabilized β-CsPbI3–based perovskite solar cells with efficiencies >18% ”。該團隊制備出高度穩定的四方晶系的β-CsPbI3鈣鈦礦薄膜,結合碘化膽堿裂解-填充的界面處理方法,鈍化了表面陷阱態、增加載流子壽命、實現更好的能級匹配,將全無機電池效率提高到18.4%,具有高穩定性和重復性。張立軍教授是合作者之一,提供了非常重要的計算幫助。
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3. 2017年,張立軍教授以第一作者身份在Nature Reviews Materials上發表文章“Materials discovery at high pressures”。 壓力是決定材料性能的一個最基本的變量,這篇綜述總結了高壓材料的一些新進展,重點介紹了高溫超導、氮化硼納米孿晶以及金剛石等材料。同時也介紹了高壓下的能源材料和特種化學材料,并且強調壓力釋放后性質不穩定性是高壓材料的主要缺點。
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4. 2018年,張立軍教授以通訊作者身份在Joule上發表題為“Rational Design of Halide Double Perovskites for Optoelectronic Applications”的論文。為了消除有毒的重金屬Pb2+離子,并增強鈣鈦礦材料的穩定性,這篇文章提出了“陽離子演化”理念來探索新材料體系。令人震驚的發現,這些材料呈現出異常豐富的化學和物理特性,并在光電轉換應用領域顯示出令人振奮的結果,后續有多種預言的材料被證實。
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5. 2020年,黃維院士、南京工業大學陳永華教授、吉林大學張立軍教授作為共同通訊作者,在Nature Photonics上發表文章“Efficient and stable Ruddlesden-Popper perovskite solar cell with tailored interlayer molecular interaction”。這篇文章將實驗研究和理論模擬相結合,創新性地引入一種含S的有機胺分子,這可以實現層間相互作用的有效調控,并探究了這個分子對層狀鈣鈦礦薄膜的結晶動力學、穩定性等影響,制備并實現了高效且穩定的低維鈣鈦礦電池。
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6. 2019年,北京理工大學的陳棋教授等人在Nature Communications上發表文章“Strain engineering in perovskite solar cells and its impacts on carrier dynamics”。這個工作通過改變掠入射X射線的角度,來研究薄膜上殘余應力,他們發現了鈣鈦礦薄膜的應力是梯度分布,這會相應地影響太陽能電池載流子動力學行為,第一性原理計算表明的鈣鈦礦應力會誘導能帶彎曲,通過合理的調控應變工程,使器件的效率提高到20.7%。張立軍教授是合作者之一,提供了非常重要的計算幫助。
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參考資料
1.?https://baike.baidu.com/item/%E5%BC%A0%E7%AB%8B%E5%86%9B/22233369
2. https://scholar.google.com/citations?hl=zh-CN&user=4SFdkCUAAAAJ
3. https://new.qq.com/rain/a/20211118a01x5g00

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