近期，中科院新疆理化技術(shù)研究所研究團(tuán)隊(duì)在利用機(jī)器學(xué)習(xí)輔助新型非線性光學(xué)材料設(shè)計(jì)方面取得進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)提出了通過機(jī)器學(xué)習(xí)方法探索未知化學(xué)空間的新策略，實(shí)現(xiàn)了從紅外到紫外再到深紫外非線性光學(xué)多元復(fù)雜體系的倍頻系數(shù)在機(jī)器學(xué)習(xí)方面的定量預(yù)測(cè)，為新型光學(xué)材料設(shè)計(jì)提供了理論指導(dǎo)工具。

由于未知化學(xué)空間的廣闊性以及理論預(yù)測(cè)框架缺乏，實(shí)驗(yàn)探索新型非線性光學(xué)材料是頗具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。該研究提出了將機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)與晶體結(jié)構(gòu)生成方法相結(jié)合的新型理論設(shè)計(jì)與預(yù)測(cè)方法，通過描述符信息指導(dǎo)新型非線性光學(xué)材料合成。該研究訓(xùn)練了用于預(yù)測(cè)材料的最大非線性光學(xué)系數(shù)的機(jī)器學(xué)習(xí)模型。這一模型融合化學(xué)組分和結(jié)構(gòu)描述符，能夠系統(tǒng)分析結(jié)構(gòu)與性能之間的構(gòu)效關(guān)系。

圖片:W020250310567491163111.png

研究發(fā)現(xiàn)符合預(yù)期的具有強(qiáng)二次諧波效應(yīng)的非線性光學(xué)材料

為進(jìn)一步提升發(fā)現(xiàn)新型非線性光學(xué)材料的效率，該研究引入了快速晶體結(jié)構(gòu)生成技術(shù)，建立了探索未知化學(xué)空間的高效預(yù)測(cè)流程。基于這一理論流程，僅需輸入晶體結(jié)構(gòu)文件，即可在較短時(shí)間內(nèi)獲得目標(biāo)化學(xué)結(jié)構(gòu)的倍頻系數(shù)。以紅外非線性光學(xué)材料為應(yīng)用案例，這一預(yù)測(cè)流程識(shí)別出7種具備理想倍頻響應(yīng)的紅外化合物，其中一種已在實(shí)驗(yàn)中合成并完成表征，驗(yàn)證了該理論設(shè)計(jì)方法的有效性。

上述研究克服了通過機(jī)器學(xué)習(xí)模型定量預(yù)測(cè)二次諧波系數(shù)的難題，為加速探索和合成具有強(qiáng)二次諧波響應(yīng)的非線性光學(xué)新材料提供了理論指導(dǎo)。

相關(guān)研究成果發(fā)表在Small上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院相關(guān)項(xiàng)目、新疆維吾爾自治區(qū)相關(guān)項(xiàng)目的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/smll.202500540