npj: 材料基因组计划的最新前沿

来源：知社学术圈

2011年，材料基因组计划（MGI）的公告要求科学和工程界，以紧密集成的高通量方式协同实验、应用理论和计算，加快新材料发现、设计和部署的步伐。在MGI方法中，材料数据集可以大量生成、获得分析和共享；研究人员可以跨越传统界限进行合作，以确定支撑材料功能的属性；并且可以大大缩短部署新材料的时间。

虽然揭开“材料基因组”的动力是MGI的全方位目标，但寻找和设计解决问题和改善社会福祉的新材料的动力一直是数千年人类进步的核心。实际上，我们可以使用的材料（以及那些不可用的材料）会影响我们思考、互动和操纵我们周围世界的方式。在工业时代之前，金属作为机械零件的协调运动（如Charles Babbage的差异引擎或Scheutzian计算引擎所示）使计算速度加速几个数量级，简直不可想象。同样，这种机械计算机的创造者，不可能预想到通过开发半导体材料用于晶体管所实现的计算速度的极大增加。此外，那些在阿波罗11号制导计算机上工作的人，不会注意到2018年地球人口的一半以上将拥有掌控设备，其计算能力比用于指导太空飞行的计算机高出1000倍。然而，逐步逐步地，材料的发现和工程的智慧开辟了技术进步的新前沿领域。今天，我们已经意识到金属氢的诞生、设计了多结光伏以超越Schockley-Queisser极限、成功地精确定位了人体基因编辑，并开发了一个基础设施，只需点击一下按钮即可支持近乎瞬时访问数个1015字节（petabytes, PB）的信息。类似于过去的这些发展，通过科学研究进一步寻求新材料的设计和发现将决定未来的社会发展。

美国24位计算材料学界顶级大伽参加顶层会议后准备了这篇重要综述文件。该文中，他们总结了2017年5月在美国国家科学基金会（NSF）发起和举办的“通过计算、实验和理论之间的协同互动推动和加速材料创新：开辟新前沿领域”以来的主要发现。研讨会汇集了来自各个分支学科的专家（参见原文补充材料的附录A和B），审查了MGI的成功经验，并确定了材料设计和发现的未来科学机会。100多名研究人员和政策制定者在研讨会前一年就开始就研讨会的重点领域进行了讨论。通过这些讨论并基于MGI将产品推向市场的最终目标，从概念到部署，要更快、更便宜的理念，经讨论一致，确定了六个以应用为重点的重要领域：（i）健康和消费者应用材料，（ii）信息技术材料，（iii）新功能材料，（iv）高效分离加工材料，（v）能源和催化材料，和（vi）多组分材料和添加剂制造材料。在下文中，我们首先重点介绍了MGI研究的一些代表性例子，然后讨论具体的成功案例、各种机遇和诸多挑战，以及与上述每个重点领域相关的理想观点，强调MGI启发的研究范式的各个方面。之后，他们概述了许多推进材料发现至关重要的统一主题，而不论属于哪个分支学科。通过这个概述他们沿着MGI的当前轨迹一直追踪到材料发现的最新前沿领域。

该文近期发表于npj Computational Materials 5: 41 (2019)，英文标题与摘要如下，点击左下角“阅读原文”可以自由获取论文PDF。

New frontiers for the materials genome initiative 

Juan J. de Pablo, Nicholas E. Jackson, Michael A. Webb, Long-Qing Chen, Joel E. Moore, Dane Morgan, Ryan Jacobs, Tresa Pollock, Darrell G. Schlom, Eric S. Toberer, James Analytis, Ismaila Dabo, Dean M. DeLongchamp, Gregory A. Fiete, Gregory M. Grason, Geoffroy Hautier, Yifei Mo, Krishna Rajan, Evan J. Reed, Efrain Rodriguez, Vladan Stevanovic, Jin Suntivich, Katsuyo Thornton & Ji-Cheng Zhao 

The Materials Genome Initiative (MGI) advanced a new paradigm for materials discovery and design, namely that the pace of new materials deployment could be accelerated through complementary efforts in theory, computation, and experiment. Along with numerous successes, new challenges are inviting researchers to refocus the efforts and approaches that were originally inspired by the MGI. In May 2017, the National Science Foundation sponsored the workshop “Advancing and Accelerating Materials Innovation Through the Synergistic Interaction among Computation, Experiment, and Theory: Opening New Frontiers” to review accomplishments that emerged from investments in science and infrastructure under the MGI, identify scientific opportunities in this new environment, examine how to effectively utilize new materials innovation infrastructure, and discuss challenges in achieving accelerated materials research through the seamless integration of experiment, computation, and theory. This article summarizes key findings from the workshop and provides perspectives that aim to guide the direction of future materials research and its translation into societal impacts.