已实现的自动材料发现平台：用于交叉组合库的扫描探针显微镜
材料科学
2025-11-19 v2 介观与纳米尺度物理
人工智能
摘要
组合材料库为映射多成分相图中二元和三元交叉截面的物理属性变化提供了强大的平台。虽然自 1960 年代以来合成这些库的进展显而易见，并受到实验室自动化的加速，但其更广泛的实用性取决于快速、定量的测量，以捕捉组成依赖的结构和功能。扫描探针显微镜（SPM），包括压电响应力显微镜（PFM），offer 为提供这些功能相关的、空间分辨率的读数独特的潜力。本文演示了一个完全自动化的 SPM 框架，用于探索组合库中铁电性质，具体 focus on 二元 Sm 掺杂 BiFeO3（SmBFO）和三元 AlScBN（Al,Sc,B）N 系统。在 SmBFO 中，自动化探索识别了已知的形貌相位边界并获得增强的铁电响应，同时揭示了之前未报告的双峰细节结构。在 (Al,Sc,B)N 库中，铁电行为在相稳定边界出现，与形貌和缺陷浓度的变化相关联。通过将自动化 SPM 与波长色散光谱（WDS）和光致发光映射集成，我们解析了组成-形貌-缺陷-属性关系，解释了铁电响应，并展示了通向多工具、高通量表征平台的路径。最后，我们实现了基于高斯过程的单目标和多目标贝叶斯优化，以实现自主探索，凸显帕累托前沿作为平衡竞争物理奖励并加速数据驱动物理发现的强大框架。
引用
@article{arxiv.2412.18067,
title = {Automated Materials Discovery Platform Realized: Scanning Probe Microscopy of Combinatorial Libraries},
author = {Yu Liu and Aditya Raghavan and Utkarsh Pratiush and Maxim Ziatdinov and Chih-Yu Lee and Rohit Pant and Ichiro Takeuchi and Pochun Hsieh and Albert Suceava and Edgar Dimitrov and Mauricio Terrones and Venkatraman Gopalan and Ian Mercer and R. Jackson Spurling and Jon-Paul Maria and Sergei V. Kalinin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2412.18067},
year = {2025}
}