【青托成长】中国力学学会第六届青年托举人才肖航团队在晶体逆向设计方面取得重要进展

近日，中国力学学会第六届青年托举人才肖航助理教授的研究团队在晶体逆向设计方面取得重要进展，提出了首个兼具可逆性与不变性的晶体语言SLICES（Simplified Linear Input Crystal Encoding System）。该方法能将晶体结构编码为简洁的文本形式，并能从文本形式准确重建原始晶体结构，为人工智能驱动的晶体材料逆向设计开辟了新的途径。相关研究成果以"An Invertible, Invariant Crystal Representation for Inverse Design of Solid-State Materials Using Generative Deep Learning"为题在线发表于《自然·通讯》（Nature Communications, 2023, 14(1): 7027，https://www.nature.com/articles/s41467-023-42870-7，源代码和教程：https://github.com/xiaohang007/SLICES）。

晶体材料不仅广泛应用于航空航天、汽车制造、建筑工程等领域，也是能源、电子、化工等领域的关键材料。利用人工智能定向设计具有所需性质的新型晶体材料是物质科学的重要研究方向。然而，传统的晶体结构表示方法（如基于原子坐标）难以同时满足可逆性和不变性，阻碍了人工智能在该领域的应用。为了解决这一难题，肖航助理教授及其合作者受到药物设计领域SMILES分子表示法的启发，开发了SLICES晶体表示法。SLICES采用图论将晶体结构抽象为拓扑图，并巧妙地编码晶体的化学组分和化学键拓扑关系。SLICES解码算法成功解码了超过40,000个结构和化学上多样化的晶体结构中的94.95%，展示了前所未有的可逆性。

基于SLICES表示法，肖航团队将循环神经网络与高通量筛选相结合，成功逆向设计了14种全新的直接窄带隙半导体材料。此外，通过引入条件循环神经网络，还实现了定向生成具有指定性能的新型晶体功能材料。作为首个基于字符串的、可逆的、不变的晶体表示法，SLICES有潜力成为数据驱动新材料设计的通用工具。肖航及其合作者正在积极研发基于SLICES编码的晶体材料大语言模型——晶体GPT。这个晶体大语言模型将通过深入学习数百万种材料的结构-性能关系，理解设计新材料的原理和规律，继而有望创造出力学性能卓越的下一代先进功能材料。

肖航助理教授简介

肖航，香港岭南大学跨学科学院助理教授。主要研究方向为人工智能及高通量计算驱动的功能材料创新基础设施研发，并将其应用于新型功能材料的力-电-化耦合机理研究以及碳中和功能材料、新型二维材料的研发。近年来的主要研究进展包括：开发首个兼具可逆性与不变性的晶体语言SLICES，为人工智能驱动的晶体材料逆向设计开辟了新赛道；建立二维黑磷的反应力场，从微观机理上揭示应变和缺陷对单层黑磷相变的影响；理论预测首个由氮与硫组成的二维材料S3N2，发现单层X3M2 (X = S, Se; M = N, P, As)的面内及面外负泊松比效应。相关工作发表在Nature Communications, Angewandte Chemie, Nano Energy, Physical Review Materials等重要学术刊物上。这些研究得到了中国科协青年人才托举工程、国家自然科学基金青年科学基金等项目的资助。

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原标题：《【青托成长】中国力学学会第六届青年托举人才肖航团队在晶体逆向设计方面取得重要进展》

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