Embora o aprendizado de máquina tenha sido bem-sucedido em muitos aspectos, sua aplicação em previsões de estruturas cristalinas e design de materiais ainda está em desenvolvimento. Recentemente, Grupo do Prof. Jian Sun no Departamento de Física, Universidade de Nanjing, implementou um algoritmo de aprendizado de máquina no método de pesquisa de estrutura cristalina. Eles usaram um algoritmo de aprendizado de máquina para descrever a superfície de energia potencial e para filtrar as estruturas de cristal, aumentando a eficiência de pesquisa de predição de estrutura cristalina.

Compostos híbridos de metais de transição e elementos leves, especialmente nitretos de metais de transição, têm sido amplamente estudados por sua alta incompressibilidade e módulo de volume. Contudo, nitretos de tungstênio superduros (dureza Vickers acima de 40 GPa) ainda não foram encontrados. As bandas de energia contribuídas por elétrons de valência d de átomos de tungstênio podem facilmente cruzar o nível de energia fermi, e a metalicidade leva a grande redução de sua dureza. Portanto, projetar estruturas de cristal de nitreto de tungstênio não metálico parece ser uma maneira promissora de alcançar excelentes propriedades mecânicas, como superdureza.

Com base em pesquisas anteriores, uma colaboração liderada pelo Prof. Jian Sun e Prof. Hui-Tian Wang no Departamento de Física, Universidade de Nanjing, resumiu três características para projetar compostos híbridos superduros de metal de transição e elementos leves:estrutura de cristal metaestável de alta pressão estável e pressão ambiente, estruturas eletrônicas não metálicas, e uma grande proporção de elementos leves. Essas características os inspiraram a projetar nitretos de tungstênio ricos em nitrogênio contendo configurações básicas especiais à base de nitrogênio, como anéis, correntes, redes e estruturas, etc. Com base nessas regras de design e no método de pesquisa de estrutura de cristal de aprendizado de máquina recentemente desenvolvido, eles previram com sucesso um nitreto de tungstênio h-WN6 não metálico rico em nitrogênio. Tem uma estrutura semelhante a um sanduíche formada por um anel de seis membros de nitrogênio e átomos de tungstênio.

A função de localização de elétrons e a análise de carga de Bader indicam que h-WN6 é um cristal iônico contendo fortes ligações covalentes N-N. Pode ser estável em altas pressões e metaestável em pressão ambiente. Além disso, tem um pequeno, gap de energia indireta e comportamento de alargamento de gap anormal sob compressão. (veja a estrutura do cristal, estruturas eletrônicas e os comportamentos de alta pressão na figura em anexo). Mais interessante, Estima-se que h-WN6 seja o mais duro entre os nitretos de metais de transição conhecidos até agora, com uma dureza Vickers em torno de 57 GPa e também tem uma temperatura de fusão bastante alta de cerca de 1, 900 K. Além disso, seus cálculos também mostram que este composto rico em nitrogênio pode ser considerado como um potencial material de alta densidade de energia por causa da boa gravimétrica (3,1 kJ / g) e volumétrica (28,0 kJ / cm ³ ) densidades de energia.

Os pesquisadores desenvolveram um método de pesquisa de estrutura de cristal acelerado de aprendizado de máquina, resumiu as regras de design de compostos de elementos leves de metal de transição superduros, e previu um nitreto de tungstênio superduro e de alta densidade de energia com boa estabilidade térmica. O estudo estimulará o projeto teórico e a síntese experimental deste tipo de material de metal de transição com potencial valor de aplicação. Isso também enriquecerá a família de materiais superduros e pode ser usado como uma referência para a compreensão da origem da dureza.