无机固态电解质中离子跳跃的协同程度如何？

尽管对理解固态电解质（SSE）至关重要，但对于扩散事件中移动离子之间的协调程度知之甚少。迄今为止，对协同离子跳跃的识别主要依赖于从原子分子动力学（MD）模拟获得的时空对关联函数的分析。然而，这类分析既无法量化超出两体的粒子关联，也无法确定协同离子跳跃机制，从而阻碍了对SSE的详细理解及可能的理性设计。在此，我们引入一种无监督k-means聚类方法，能够识别离子跳跃事件以及多个移动离子间的关联，并将其应用于一个包含多个无机SSE族和数百万离子构型的综合第一性原理MD数据库。研究发现，尽管移动离子间的两体相互作用最大，但高阶 $n$ 离子（$2 < n$）关联最为频繁。具体而言，我们证明了控制协同移动离子数目的概率密度函数存在普适指数衰减律。以锂基SSE为例，表明相关移动离子的平均数目为 $10 \pm 5$，且该结果几乎与温度无关。有趣的是，我们的数据驱动分析揭示，快离子扩散与较大的跳跃长度和较长的跳跃跨度呈强正相关，但与高跳跃频率和短间隙停留时间无关。最后，研究表明忽略多离子关联通常会导致对跳跃频率的适度高估，其大致与平均相关移动离子数成正比。