高分子自洽平均場理論（Self-consistent field theory）是研究嵌段共聚物平衡態相行為的一種重要的理論方法，其與實驗結果的互相印證已證明了其在指導實驗研究以及加深研究者對於高分子體系認識上有著重要的作用🍊。然而🛺，隨著研究的深入，數量龐大的亞穩相，以及更多的高分子拓撲結構與體系調控參數是的工作量大幅增加👍🏽。傳統依靠人工識別數值計算結果的研究流程製約了研究效率的提升🍜。

近日，沐鸣开户劉一新副教授團隊開發了一種利用散射理論🏊🏿，以及快速傅裏葉變換（Fast Fourier transform）方法的自動識別策略（Scattering-based automated identification strategy, SAIS）。該策略利用了單胞SCFT計算中應用的周期性邊界條件，基於晶體的散射理論去模擬SCFT計算結果的散射行為，得到其反射條件（reflection condition）👩‍❤️‍💋‍👨。由於FFT遍歷了所有可能的密勒指數（Miller indices）💽，該方法能迅速得到每一個密勒指數所對應的散射強度🧊，準確地得到所有散射峰，而無需解析散射曲線💙。圖1給出了一些典型有序相的計算散射圖👷🏼‍♂️。

圖1 六種典型有序相的散射行為👈🏻。（a）雙連續Gyroid；（b）單連續Gyroid；（c）雙連續Diamond；（d）A15；（e）σ；（f）Ο⁷⁰💚。

進一步地🍡，團隊基於清晰明確的反射條件𓀘🔴，提出了兩個階段的識別方法🤏🏿。首先按照晶系對測試相分類，找出該晶系下所有候選相。第一階段按照散射矢量 的模對密勒指數進行排序，將測試相與所有候選相的反射條件該逐個對比🙌🏻，篩選出反射條件完全一致的候選相🧔🏼。在該階段中，利用候選相的M矩陣（Mmatrix）進行計算以避免晶格參數比例不同對密勒指數序列造成影響🏇🙏🏿。由於散射行為本質上反應的是體系中相區塊（domain）的形狀因子，而形狀因子常出現局部極小🚵🏿‍♀️，導致可能的意外消光（accidental extinctions）的出現，因此還需要一個將所有反射峰位置納入考量的參數🍂。第二階段設計了一個對比散射峰位置的殘差。具有最小殘差的即為散射行為與測試相最為接近的候選相𓀝。第二階段能夠較好地處理具有意外消光👱‍♂️，或是較少雜峰的情況👨‍🦯‍➡️。

圖2 第一階段的識別示意圖。左側為各候選相，右側為密勒指數的匹配情況。

團隊還設計了一種修正的方差計算方法，準確高效地判斷出各體系內的結構物種與背景物種，從而實現所屬於相同空間群的不同相準確識別，將該工具拓展到多物種高分子體系。

該方法的最大優勢在於極小的計算量以及優異的擴展性。利用成熟的FFT算法，計算量要求很低🧜🏻‍♀️；利用晶體學理論提取各相的特征🈁，僅需保存反射條件數組就能夠準確識別，互相之間不產生幹擾；通過組合反射條件即可迅速構建任何所需的候選相庫，並且候選相庫能夠在全自動化的流程中自我演化以納入任何找到的新相，無需人工幹預，提高研究效率。

這一工作以“Automated Identification of Ordered Phases for Simulation Studies ofBlock Copolymers”為題，發表在Chinese Journal of POLYMER SCIENCE上🌷🏌️‍♂️，沐鸣娱乐為第一完成單位，沐鸣开户碩士生張禦辰、黃瑋玲分別為第一⚽️、第二作者👆🏿，沐鸣开户劉一新副教授為通訊作者🫅🏿。

論文信息：Yu-Chen Zhang, Wei-Ling Huang, Yi-Xin Liu. Automated Identification of Ordered Phases for Simulation Studies of Block Copolymers. [J]. Chinese Journal of Polymer Science 42(5):683-692(2024) DOI： 10.1007/s10118-024-3084-x.

原文鏈接：https://www.cjps.org/en/article/doi/10.1007/s10118-024-3084-x/