AI技術首度捕捉原子動態，開啟材料科學新視野

科學家們近期開發出一項突破性的AI驅動技術，成功揭示了奈米粒子的隱藏運動，這項技術在材料科學、製藥及電子領域具有重要意義。透過將人工智慧與電子顯微鏡技術結合，研究人員現在能夠觀察到過去因雜訊而模糊的原子級變化。這項突破不僅讓我們更清晰地理解這些微小粒子在不同條件下的行為，更可能為工業製程與科學發現帶來革命性的影響。

這項新方法由紐約大學資料科學中心主任、數學與資料科學教授卡洛斯·費爾南德斯-格蘭達（Carlos Fernandez-Granda）領導的研究團隊開發，並與亞利桑那州立大學、康乃爾大學及愛荷華大學的科學家合作完成。研究團隊利用AI技術，結合電子顯微鏡，成功捕捉到奈米粒子在化學反應中的動態變化，解析度高達十億分之一米。

「奈米粒子催化系統對社會影響深遠，」費爾南德斯-格蘭達解釋道，「據估計，90%的工業產品在其生產鏈中涉及催化過程。我們開發的AI方法為探索材料原子級結構動力學開啟了一扇新視窗。」

亞利桑那州立大學材料科學與工程教授彼得·克羅齊爾（Peter A. Crozier）進一步說明：「電子顯微鏡雖然能捕捉高空間解析度的影像，但由於奈米粒子在化學反應中原子結構變化的速度極快，我們需要以極高速度收集資料才能理解其功能。這導致測量結果充滿雜訊。我們開發的AI方法能自動去除這些雜訊，從而揭示關鍵的原子級動態。」

研究團隊還訓練了一個深度神經網路，這是AI的計算引擎，能夠照亮電子顯微鏡影像，揭示底層原子及其動態行為。康乃爾大學統計與資料科學系教授大衛·馬特森（David S. Matteson）表示：「奈米粒子的變化性質極為多樣，包括原子結構、粒子形狀和方向的快速變化。理解這些動態需要新的統計工具。這項研究引入了一種新的統計方法，利用拓撲資料分析來量化流動性，並追蹤粒子在有序與無序狀態之間轉換時的穩定性。」

這項研究不僅為科學家提供了前所未有的觀察工具，更為未來材料設計與工業應用奠定了重要基礎。研究經費由美國國家科學基金會（NSF）提供，相關成果已發表於《科學》期刊。