物质科学

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Machine Learning Science and Technology 2026年9月25日
作者提出投影 Hessian 学习（PHL），用基于 Hutchinson 迹估计的 Hessian-向量积（HVP）随机投影替代显式 Hessian 构造来监督机器学习原子间势（MLIP）的二阶曲率，在 ωB97XD/6-31G(d) 生成的反应物、产物、过渡态、IRC 与简正模采样数据集上比较 E-F、E-F-HVP（one-column 与 Hutchinson）和 E-F-H 四种方案，发现按小批量随机重采样探针向量时两种 HVP 方法在能量、力、Hessian 精度上与完整 Hessian 训练统计上不可区分，同时每轮训练提速超过 24 倍；在每分子仅一个固定 HVP 的更现实情形下，Hutchinson 投影在远离平衡的几何上持续
作者提出投影 Hessian 学习（PHL），用基于 Hutchinson 迹估计的 Hessian-向量积（HVP）随机投影替代显式 Hessian 构造来监督机器学习原子间势（MLIP）的二阶曲率，在 ωB97XD/6-31G(d) 生成的反应物、产物、过渡态、IRC 与简正模采样数据集上比较 E-F、E-F-HVP（one-column 与 Hutchinson）和 E-F-H 四种方案，发现按小批量随机重采样探针向量时两种 HVP 方法在能量、力、Hessian 精度上与完整 Hessian 训练统计上不可区分，同时每轮训练提速超过 24 倍；在每分子仅一个固定 HVP 的更现实情形下，Hutchinson 投影在远离平衡的几何上持续
用随机投影的 Hessian-向量积替代完整 Hessian 监督，训练误差接近全二阶方法而每轮提速逾 24 倍
作者提出投影 Hessian 学习（PHL），用基于 Hutchinson 迹估计的 Hessian-向量积（HVP）随机投影替代显式 Hessian 构造来监督机器学习原子间势（MLIP）的二阶曲率，在 ωB97XD/6-31G(d) 生成的反应物、产物、过渡态、IRC 与简正模采样数据集上比较 E-F、E-F-HVP（one-column 与 Hutchinson）和 E-F-H 四种方案，发现按小批量随机重采样探针向量时两种 HVP 方法在能量、力、Hessian 精度上与完整 Hessian 训练统计上不可区分，同时每轮训练提速超过 24 倍；在每分子仅一个固定 HVP 的更现实情形下，Hutchinson 投影在远离平衡的几何上持续
作者提出投影 Hessian 学习（PHL），用基于 Hutchinson 迹估计的 Hessian-向量积（HVP）随机投影替代显式 Hessian 构造来监督机器学习原子间势（MLIP）的二阶曲率，在 ωB97XD/6-31G(d) 生成的反应物、产物、过渡态、IRC 与简正模采样数据集上比较 E-F、E-F-HVP（one-column 与 Hutchinson）和 E-F-H 四种方案，发现按小批量随机重采样探针向量时两种 HVP 方法在能量、力、Hessian 精度上与完整 Hessian 训练统计上不可区分，同时每轮训练提速超过 24 倍；在每分子仅一个固定 HVP 的更现实情形下，Hutchinson 投影在远离平衡的几何上持续
Nature News 2026年9月25日
一项对1976至2016年间专利中约130万条化学反应的分析发现，被列为危险的溶剂在专利反应中的占比从1976年的约60%上升到2016年的70%以上，且当法规限制某种有毒溶剂时，化学家更倾向于改用另一种危险液体而非更绿色的替代品，同时三氟乙酸（TFA）的使用显著上升；该分析依托一个已有的美国专利商标局反应数据库，并使用Dobbelaere开发的基于键-电子矩阵的AI系统Rxn-INSIGHT来查询试剂、催化剂和溶剂。
一项对1976至2016年间专利中约130万条化学反应的分析发现，被列为危险的溶剂在专利反应中的占比从1976年的约60%上升到2016年的70%以上，且当法规限制某种有毒溶剂时，化学家更倾向于改用另一种危险液体而非更绿色的替代品，同时三氟乙酸（TFA）的使用显著上升；该分析依托一个已有的美国专利商标局反应数据库，并使用Dobbelaere开发的基于键-电子矩阵的AI系统Rxn-INSIGHT来查询试剂、催化剂和溶剂。
专利反应四十年追踪：危险溶剂占比从约60%升至70%以上，管制后化学家多换用另一种危险溶剂
一项对1976至2016年间专利中约130万条化学反应的分析发现，被列为危险的溶剂在专利反应中的占比从1976年的约60%上升到2016年的70%以上，且当法规限制某种有毒溶剂时，化学家更倾向于改用另一种危险液体而非更绿色的替代品，同时三氟乙酸（TFA）的使用显著上升；该分析依托一个已有的美国专利商标局反应数据库，并使用Dobbelaere开发的基于键-电子矩阵的AI系统Rxn-INSIGHT来查询试剂、催化剂和溶剂。
一项对1976至2016年间专利中约130万条化学反应的分析发现，被列为危险的溶剂在专利反应中的占比从1976年的约60%上升到2016年的70%以上，且当法规限制某种有毒溶剂时，化学家更倾向于改用另一种危险液体而非更绿色的替代品，同时三氟乙酸（TFA）的使用显著上升；该分析依托一个已有的美国专利商标局反应数据库，并使用Dobbelaere开发的基于键-电子矩阵的AI系统Rxn-INSIGHT来查询试剂、催化剂和溶剂。
Communications Physics 2026年9月24日
作者提出一个基于李代数性质的通用框架，把泡利算符池映射为F2上的二元矩阵ΓA，证明池的完备性与极小性可由该矩阵的秩与合同关系在O(N³)多项式时间内判定，并据此构造最小完备池（MCP），在量子化学中提出MB-ADAPT-VQE（按批加入k个算符）以降低测量开销、加速收敛，同时把此前受MCP构造瓶颈限制在N≤14量子比特的固定拟设方法NI-DUCC-VQE扩展到26量子比特的H2O体系。
作者提出一个基于李代数性质的通用框架，把泡利算符池映射为F2上的二元矩阵ΓA，证明池的完备性与极小性可由该矩阵的秩与合同关系在O(N³)多项式时间内判定，并据此构造最小完备池（MCP），在量子化学中提出MB-ADAPT-VQE（按批加入k个算符）以降低测量开销、加速收敛，同时把此前受MCP构造瓶颈限制在N≤14量子比特的固定拟设方法NI-DUCC-VQE扩展到26量子比特的H2O体系。
把泡利算符池映射为F2二元矩阵后，作者用矩阵秩在O(N³)内判定最小完备池，并把NI-DUCC-VQE推到26量子比特的H2O
作者提出一个基于李代数性质的通用框架，把泡利算符池映射为F2上的二元矩阵ΓA，证明池的完备性与极小性可由该矩阵的秩与合同关系在O(N³)多项式时间内判定，并据此构造最小完备池（MCP），在量子化学中提出MB-ADAPT-VQE（按批加入k个算符）以降低测量开销、加速收敛，同时把此前受MCP构造瓶颈限制在N≤14量子比特的固定拟设方法NI-DUCC-VQE扩展到26量子比特的H2O体系。
作者提出一个基于李代数性质的通用框架，把泡利算符池映射为F2上的二元矩阵ΓA，证明池的完备性与极小性可由该矩阵的秩与合同关系在O(N³)多项式时间内判定，并据此构造最小完备池（MCP），在量子化学中提出MB-ADAPT-VQE（按批加入k个算符）以降低测量开销、加速收敛，同时把此前受MCP构造瓶颈限制在N≤14量子比特的固定拟设方法NI-DUCC-VQE扩展到26量子比特的H2O体系。
PRX Intelligence 2026年9月24日
该工作提出 SMARTERS——一个基于 Attention U-Net 的编码器-解码器模型，在 1840 个平面小分子的模拟 TERS 高光谱图像上训练，把振动光谱图直接映射为二维原子位置图（测试集平均 Dice 相似系数 0.842）以及按元素（H、C、N、O）区分的化学分辨结构图（测试集平均 0.810），从而证明从 TERS 图像自动识别分子结构在模拟数据上可行，无需传统的人工比对与逐例量子化学计算。
该工作提出 SMARTERS——一个基于 Attention U-Net 的编码器-解码器模型，在 1840 个平面小分子的模拟 TERS 高光谱图像上训练，把振动光谱图直接映射为二维原子位置图（测试集平均 Dice 相似系数 0.842）以及按元素（H、C、N、O）区分的化学分辨结构图（测试集平均 0.810），从而证明从 TERS 图像自动识别分子结构在模拟数据上可行，无需传统的人工比对与逐例量子化学计算。
SMARTERS 用 Attention U-Net 从模拟 TERS 高光谱图直接预测平面分子结构，测试集平均 Dice 达 0.842
该工作提出 SMARTERS——一个基于 Attention U-Net 的编码器-解码器模型，在 1840 个平面小分子的模拟 TERS 高光谱图像上训练，把振动光谱图直接映射为二维原子位置图（测试集平均 Dice 相似系数 0.842）以及按元素（H、C、N、O）区分的化学分辨结构图（测试集平均 0.810），从而证明从 TERS 图像自动识别分子结构在模拟数据上可行，无需传统的人工比对与逐例量子化学计算。
该工作提出 SMARTERS——一个基于 Attention U-Net 的编码器-解码器模型，在 1840 个平面小分子的模拟 TERS 高光谱图像上训练，把振动光谱图直接映射为二维原子位置图（测试集平均 Dice 相似系数 0.842）以及按元素（H、C、N、O）区分的化学分辨结构图（测试集平均 0.810），从而证明从 TERS 图像自动识别分子结构在模拟数据上可行，无需传统的人工比对与逐例量子化学计算。
arXiv 2026年9月24日
作者用Fisher信息与随机矩阵理论推导出混沌/扩散散射重构光谱仪噪声诱导误差的闭式表达，把方差下界σ²_ε Tr[(AᵀA)⁺]与光谱关联长度Γ_corr、平均透过率T₀以及频率通道数N和测量通道数M联系起来，给出超分辨条件，并用随机矩阵模型与全波FDTD仿真验证，其中片上器件的最优腔长预测为约17.9微米。
作者用Fisher信息与随机矩阵理论推导出混沌/扩散散射重构光谱仪噪声诱导误差的闭式表达，把方差下界σ²_ε Tr[(AᵀA)⁺]与光谱关联长度Γ_corr、平均透过率T₀以及频率通道数N和测量通道数M联系起来，给出超分辨条件，并用随机矩阵模型与全波FDTD仿真验证，其中片上器件的最优腔长预测为约17.9微米。
随机矩阵理论给出重构光谱仪的噪声误差闭式界，并在片上FDTD中预测出最优腔长17.9微米
作者用Fisher信息与随机矩阵理论推导出混沌/扩散散射重构光谱仪噪声诱导误差的闭式表达，把方差下界σ²_ε Tr[(AᵀA)⁺]与光谱关联长度Γ_corr、平均透过率T₀以及频率通道数N和测量通道数M联系起来，给出超分辨条件，并用随机矩阵模型与全波FDTD仿真验证，其中片上器件的最优腔长预测为约17.9微米。
作者用Fisher信息与随机矩阵理论推导出混沌/扩散散射重构光谱仪噪声诱导误差的闭式表达，把方差下界σ²_ε Tr[(AᵀA)⁺]与光谱关联长度Γ_corr、平均透过率T₀以及频率通道数N和测量通道数M联系起来，给出超分辨条件，并用随机矩阵模型与全波FDTD仿真验证，其中片上器件的最优腔长预测为约17.9微米。
arXiv (Cornell University) 2026年9月24日
该研究报道双金属纳米颗粒可形成热力学控制的“壳-二聚体”结构，以 Au-Rh 为模型体系，通过原子分辨率成像与分子动力学模拟表明，Rh 表面会形成超薄 Au 覆盖层，其稳定性来自表面能、界面能与应变能的竞争，各向异性应变将覆盖层生长限制在亚纳米尺度，而表面化学变化可使其完全失稳；在多种双金属纳米颗粒中，覆盖层形成与元素不互溶及晶格失配相关。
该研究报道双金属纳米颗粒可形成热力学控制的“壳-二聚体”结构，以 Au-Rh 为模型体系，通过原子分辨率成像与分子动力学模拟表明，Rh 表面会形成超薄 Au 覆盖层，其稳定性来自表面能、界面能与应变能的竞争，各向异性应变将覆盖层生长限制在亚纳米尺度，而表面化学变化可使其完全失稳；在多种双金属纳米颗粒中，覆盖层形成与元素不互溶及晶格失配相关。
Au-Rh 双金属纳米颗粒表面自发形成亚纳米级 Au 覆盖层，其厚度受各向异性应变限制
该研究报道双金属纳米颗粒可形成热力学控制的“壳-二聚体”结构，以 Au-Rh 为模型体系，通过原子分辨率成像与分子动力学模拟表明，Rh 表面会形成超薄 Au 覆盖层，其稳定性来自表面能、界面能与应变能的竞争，各向异性应变将覆盖层生长限制在亚纳米尺度，而表面化学变化可使其完全失稳；在多种双金属纳米颗粒中，覆盖层形成与元素不互溶及晶格失配相关。
该研究报道双金属纳米颗粒可形成热力学控制的“壳-二聚体”结构，以 Au-Rh 为模型体系，通过原子分辨率成像与分子动力学模拟表明，Rh 表面会形成超薄 Au 覆盖层，其稳定性来自表面能、界面能与应变能的竞争，各向异性应变将覆盖层生长限制在亚纳米尺度，而表面化学变化可使其完全失稳；在多种双金属纳米颗粒中，覆盖层形成与元素不互溶及晶格失配相关。
Angewandte Chemie International Edition 2026年9月23日
该工作用具有从头算精度的机器学习势对水相LiMn2O4（LMO）界面在不同锂化状态下的原子尺度模拟，表明局部Li含量决定表面Mn的氧化态并主导界面酸碱化学，同时把O-H伸缩振动带识别为表面电子结构的灵敏光谱探针，其随氧化态变化的位移揭示混合价尖晶石表面同时存在Lewis酸中心与易受亲电攻击的邻近氧位点，从而把传统以酸为中心的Mn溶解观点扩展为双位点机制。
该工作用具有从头算精度的机器学习势对水相LiMn2O4（LMO）界面在不同锂化状态下的原子尺度模拟，表明局部Li含量决定表面Mn的氧化态并主导界面酸碱化学，同时把O-H伸缩振动带识别为表面电子结构的灵敏光谱探针，其随氧化态变化的位移揭示混合价尖晶石表面同时存在Lewis酸中心与易受亲电攻击的邻近氧位点，从而把传统以酸为中心的Mn溶解观点扩展为双位点机制。
机器学习势模拟显示：LiMn2O4表面局部锂含量决定Mn氧化态，并通过O-H伸缩振动带暴露双位点酸攻击脆弱性
该工作用具有从头算精度的机器学习势对水相LiMn2O4（LMO）界面在不同锂化状态下的原子尺度模拟，表明局部Li含量决定表面Mn的氧化态并主导界面酸碱化学，同时把O-H伸缩振动带识别为表面电子结构的灵敏光谱探针，其随氧化态变化的位移揭示混合价尖晶石表面同时存在Lewis酸中心与易受亲电攻击的邻近氧位点，从而把传统以酸为中心的Mn溶解观点扩展为双位点机制。
该工作用具有从头算精度的机器学习势对水相LiMn2O4（LMO）界面在不同锂化状态下的原子尺度模拟，表明局部Li含量决定表面Mn的氧化态并主导界面酸碱化学，同时把O-H伸缩振动带识别为表面电子结构的灵敏光谱探针，其随氧化态变化的位移揭示混合价尖晶石表面同时存在Lewis酸中心与易受亲电攻击的邻近氧位点，从而把传统以酸为中心的Mn溶解观点扩展为双位点机制。
Nature News 2026年9月23日
新加坡国立大学团队用稀土元素镥的单离子光钟实现迄今最精确计时，比此前最好的钙离子钟精确四倍，并通过两台镥钟互比在第19位数字上验证一致性，该成果发表于《自然》，被视为可能支撑“秒”重新定义与引力测绘等应用。
新加坡国立大学团队用稀土元素镥的单离子光钟实现迄今最精确计时，比此前最好的钙离子钟精确四倍，并通过两台镥钟互比在第19位数字上验证一致性，该成果发表于《自然》，被视为可能支撑“秒”重新定义与引力测绘等应用。
镥离子光钟刷新精度纪录：两台钟的“滴答”在第19位数字上吻合
新加坡国立大学团队用稀土元素镥的单离子光钟实现迄今最精确计时，比此前最好的钙离子钟精确四倍，并通过两台镥钟互比在第19位数字上验证一致性，该成果发表于《自然》，被视为可能支撑“秒”重新定义与引力测绘等应用。
新加坡国立大学团队用稀土元素镥的单离子光钟实现迄今最精确计时，比此前最好的钙离子钟精确四倍，并通过两台镥钟互比在第19位数字上验证一致性，该成果发表于《自然》，被视为可能支撑“秒”重新定义与引力测绘等应用。
Nature News 2026年9月23日
研究人员通过高压钠助反应再真空加热去钠的两步法首次制备出硼的新同素异形体 Imma-B60，其结构为硼原子网络并保留钠原子离去后的空隙，从而可发生位错滑移，拉伸至原长 23% 才断裂且不回弹，电导率比典型硼材料高出百万倍以上。
研究人员通过高压钠助反应再真空加热去钠的两步法首次制备出硼的新同素异形体 Imma-B60，其结构为硼原子网络并保留钠原子离去后的空隙，从而可发生位错滑移，拉伸至原长 23% 才断裂且不回弹，电导率比典型硼材料高出百万倍以上。
硼的新同素异形体 Imma-B60：可变形、导电性高出百万倍
研究人员通过高压钠助反应再真空加热去钠的两步法首次制备出硼的新同素异形体 Imma-B60，其结构为硼原子网络并保留钠原子离去后的空隙，从而可发生位错滑移，拉伸至原长 23% 才断裂且不回弹，电导率比典型硼材料高出百万倍以上。
研究人员通过高压钠助反应再真空加热去钠的两步法首次制备出硼的新同素异形体 Imma-B60，其结构为硼原子网络并保留钠原子离去后的空隙，从而可发生位错滑移，拉伸至原长 23% 才断裂且不回弹，电导率比典型硼材料高出百万倍以上。
Nature News 2026年9月22日
这组证据以《自然》一篇新闻特写为主，报道布鲁克（Bruker）将把首台以液氦在近绝对零度稳定运行的扫描透射电子显微镜 GAIA 交付加拿大、德国和美国的三家实验室（可在约−266 °C / 7 K 下成像 30 小时以上），并回顾了此前的技术路线：2025 年美国团队报道的液氦 TEM 附件可在 −253 °C（20 K）下实现原子分辨率稳定成像十余小时，condenZero 的液氦附件可到约 4 K、维持 24 小时但不以原子分辨率为目标，以及 Idrobo 2021 年关于像差校正与多项技术组合的评述。
这组证据以《自然》一篇新闻特写为主，报道布鲁克（Bruker）将把首台以液氦在近绝对零度稳定运行的扫描透射电子显微镜 GAIA 交付加拿大、德国和美国的三家实验室（可在约−266 °C / 7 K 下成像 30 小时以上），并回顾了此前的技术路线：2025 年美国团队报道的液氦 TEM 附件可在 −253 °C（20 K）下实现原子分辨率稳定成像十余小时，condenZero 的液氦附件可到约 4 K、维持 24 小时但不以原子分辨率为目标，以及 Idrobo 2021 年关于像差校正与多项技术组合的评述。
超冷电镜走向实验室：液氦 STEM「GAIA」与原子分辨率的低温成像路线
这组证据以《自然》一篇新闻特写为主，报道布鲁克（Bruker）将把首台以液氦在近绝对零度稳定运行的扫描透射电子显微镜 GAIA 交付加拿大、德国和美国的三家实验室（可在约−266 °C / 7 K 下成像 30 小时以上），并回顾了此前的技术路线：2025 年美国团队报道的液氦 TEM 附件可在 −253 °C（20 K）下实现原子分辨率稳定成像十余小时，condenZero 的液氦附件可到约 4 K、维持 24 小时但不以原子分辨率为目标，以及 Idrobo 2021 年关于像差校正与多项技术组合的评述。
这组证据以《自然》一篇新闻特写为主，报道布鲁克（Bruker）将把首台以液氦在近绝对零度稳定运行的扫描透射电子显微镜 GAIA 交付加拿大、德国和美国的三家实验室（可在约−266 °C / 7 K 下成像 30 小时以上），并回顾了此前的技术路线：2025 年美国团队报道的液氦 TEM 附件可在 −253 °C（20 K）下实现原子分辨率稳定成像十余小时，condenZero 的液氦附件可到约 4 K、维持 24 小时但不以原子分辨率为目标，以及 Idrobo 2021 年关于像差校正与多项技术组合的评述。

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