从簇到纳米晶：机器学习揭示铜簇的连续演化与临界尺度
材料科学
2025-12-25 v1
摘要
簇结构随尺寸变化以及从簇体到纳米晶体的临界尺度，长期以来是纳米科学中的基本问题。由于实验技术和计算方法的局限性，探索簇向纳米晶体连续演化仍是一个巨大挑战。本文提出了一种机器学习力场（MLFF），其能良好推广至 various copper 系统，从小簇到大簇再到 bulk。通过基于 MLFF 的模拟退火算法，我们在广泛的尺寸范围内（7 ≤ N ≤ 17885）揭示了铜簇 CuN 向纳米晶体的连续演化。对于小型 CuN（N < 40），电子计数规则在稳定性方面起主要作用。对于大型 CuN（N > 80），几何魔数规则起主导作用，簇的演化基于越来越多的四面体壳层的形成。对于中等尺寸 CuN（40 ≤ N ≤ 80），两种规则都有贡献。从簇体到纳米晶体的临界尺寸计算为约 8000 个原子（约 6 nm 直径）。本工作终结了纳米科学中长期的挑战，为后续研究奠定了方法论基础。
引用
@article{arxiv.2512.21067,
title = {From cluster to nanocrystal: the continuous evolution and critical size of copper clusters revealed by machine learning},
author = {Hongsheng Liu and Luneng Zhao and Yaning Li and Yuan Chang and Shi Qiu and Xiao Wang and Junfeng Gao and Feng Ding},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.21067},
year = {2025}
}