从蛋白质环境引起的实际变化中剖析配体结构的误差

配体构象应变能(ligand conformational strain energy,LCSE)是计算机辅助药物发现中考虑的一个重要参数.通过量子力学(quantum mechanical,QM)方法对自由态配体和蛋白质口袋中的结合态配体的结构进行计算并比较,可以获得配体构象应变能.然而,对配体构象应变能的合理范围以及计算方法仍然存在争议.选择8个柔性较大、特征结构模式多样的配体,这些结构的分辨率在高分辨率(0.86×10^(−10))与中等分辨率(3.10×10^(−10))之间,分别采用3种不同的量子力学方法:密度泛函(density functional theory,DFT)M062XD3、Hartree-Fock和GFN1-xTB,对8个配体进行逐步优化并计算配体能量,分析在结合态配体逐步优化到局域能量最小的自由态配体的过程中配体在结构和能量上的差异.量子力学计算结果显示,配体构象应变能小于6.0 kcal/mol,结合态配体结构中显著的几何参数误差是结合态和自由态配体结构的主要能量差异.因此,在分析配体构象应变能之前,对结合态配体结构进行精确实验测定非常重要.

非中心对称拓扑狄拉克半金属的研究进展

狄拉克半金属由于其新奇的电子结构和输运性质,受到了实验和理论学者广泛的关注.该拓扑材料在费米能级附近存在受对称性保护的狄拉克点,是由于固体中导带和价带的能带反转导致的.本综述介绍了中心对称拓扑狄拉克半金属,并且引入了一种新的三维非中心对称拓扑狄拉克半金属.通过晶体结构对称性和能带对称性分析可知,具有C或C点群的晶体可以实现非中心对称拓扑狄拉克半金属.具有C点群对称性的BiPdO晶体被理论预测为非中心对称的狄拉克半金属,并且在四重旋转轴上可以实现第二类型的拓扑狄拉克点.此外,具有C点群对称性的SrHgPb晶体和LiZnSbBi合金可以实现狄拉克点与外尔点共存的拓扑半金属,并且在LiZnSbBi合金中外尔点的出现和位置可以通过元素成分比例x调控.与中心对称拓扑狄拉克半金属相比,非中心对称拓扑狄拉克半金属由于中心反演对称性的破缺,在非线性光学和非线性霍尔输运等方面有潜在的应用.

稀土六硼化物的研究进展

作为著名的阴极材料,稀土六硼化物(RB6)在实验和理论上已经被研究了几十年。在RB6中,金属原子被嵌入通过B-B共价键相互连接的硼笼网络。这种独特的笼状结构、稀土元素特殊的4f轨道和硼元素的缺电子特性,使该材料表现出很多优异的性质:功函数低、电导率高、发射电流密度大、硬度大、杨氏模量高、熔点高、化学稳定性高、抗热辐射性强等。RB6材料用途广泛,已成功应用于雷达、航空航天、消费电子、仪表器械、核电等多个领域。从若干RB6的结构和性质出发,综述了其实验制备方法和密度泛函理论(DFT)研究的进展,总结了其在多个领域的应用进展,最后给出研究展望。

基于机器学习方法的二维材料带隙预测

利用密度泛函理论与机器学习相结合的方法,对二维金属化合物的带隙进行研究,得到比传统理论计算成本更低且更有效的带隙预测方法.以广义梯度近似(general gradient approximation,GGA)-Perdew-Burke-Ernzerhof(PBE)(GGA-PBE)和G0W0的带隙计算结果为参考,考察了化学通式为MX2的二维材料数据集.利用套索回归,即最小绝对值收敛和选择算子(least absolute shrinkage and selection operator,LASSO)、支持向量回归(support vector regression,SVR)和梯度树提升回归(gradient boosting regression,GBR)等机器学习方法建立带隙的预测模型.测试结果表明,对于大多数二维材料,基于线性核函数的SVR与LASSO模型的预测性能相对较好,训练模型的平均绝对误差为0.34 eV,测试集误差为0.5 eV.这说明对于二维材料带隙采取的特征参数集具有一定的完备性和合理性,对新材料带隙的初步预测有一定的参考价值.