欧洲杯

近日，欧洲杯 CALYPSO团队在极端条件材料科学领域取得重要进展，成功构建并发布了高压晶体结构数据库（High-Pressure Crystal Structure Database，简称HPCSD）。针对高压材料研究长期面临的结构数据分散、计算标准不统一、可复用性差等关键瓶颈，HPCSD首次将实验观测与理论预测两类高压晶体结构数据系统整合于同一平台之上，建立了压力分辨、标准化的高压结构数据资源，为基于人工智能和大数据的极端条件材料发现与设计提供了关键基础设施。

压强是调控物质相稳定性和材料性质的基本热力学参量。近年来，静态超高压实验技术与晶体结构预测（CSP）方法的快速发展，催生了大量新奇高压相的涌现。富氢高温超导体的探索堪称典型范例——CSP方法率先从理论上预言了CaH₆、LaH₁₀、LaSc₂H₂₄等关键笼型氢化物结构，并引导后续实验合成，将超导转变温度从CaH₆的约215 K、LaH₁₀的约250 K，一路推升至LaSc₂H₂₄的271–298 K，迈入室温超导的门槛。这些突破生动诠释了"理论预测—实验验证"协同范式的强大威力。

然而，与Materials Project、OQMD等常压材料数据库所建立的成熟生态相比，高压领域的结构数据长期处于高度碎片化状态。连续的结构演化数据、严格定义的焓-压关系与相边界等关键信息，分散于数千篇文献和异构的计算任务之中；计算参数设置参差不齐，使不同来源的数据难以直接比较，相变序列信息亦往往残缺不全。这种"数据孤岛"现状严重制约了数据驱动的高压材料发现，也阻碍了机器学习势函数与生成式AI模型在极端条件领域的拓展应用。

为破解上述瓶颈，研究团队精心打造了HPCSD。当前版本已收录151,976个经一致性评估的结构条目，覆盖89种化学元素，由两条互补的数据流共同支撑。其一，团队从文献中系统提取了467个单质高压相的晶体学信息，并在统一的密度泛函理论（DFT）框架下对其逐一重新优化，生成跨越各相稳定区间的连续焓-压曲线，最终凝练为10,993个高质量、可直接互比的标准化数据条目，首次为已报道的高压单质相建立了统一的热力学描述。其二，依托团队自主研发的CALYPSO结构预测方法及社区贡献的大规模CSP计算数据，HPCSD整合了一元至四元等广泛化学体系的预测结构，经严格筛选、去重与统一DFT再优化后，每个组分仅保留50个最低能量结构，最终汇聚为66,353个稳定/亚稳态结构条目；其压力覆盖自数十GPa延伸至TPa量级，极大拓展了可供数据挖掘的高压构型空间。

图1：HPCSD元素覆盖热力图。颜色深浅反映含该元素结构的总条目数（对数色标），单元格左上角标注了收录的元素高压相数目。

HPCSD不仅是结构数据的存储库，更是揭示压力诱导相变深层规律的探针。借助规模化的标准数据，研究人员得以从碎片化的高压相信息中提炼出具有普适意义的物理图景。统计分析表明，元素发生压力诱导多型转变的倾向并非随机分布，而与其电子结构密切相关。s区碱金属和碱土金属在高压下普遍偏离简单密堆积，演化出cI16、oC52、oC88乃至非公度主-客体等复杂构型，其根源在于s→p或s→d轨道杂化与电子转移所导致的电子化物态。p区元素，尤其是Ⅴ–Ⅶ主族的N、O、I、P等，则呈现出由分子或层状结构向高密度聚合态、原子态乃至金属态的渐进演化，体现了定向共价键与PV项压实效应之间的精妙博弈。与之形成鲜明对照的是闭壳层稀有气体，在巨大压力区间内仍保持简单密堆积，结构响应高度受限。

目前，HPCSD数据库已通过CALYPSO官方网站（//www.calypso.cn/database）面向公众开放。数据库提供面向材料结构与性能信息的一站式检索、展示、分析与下载功能。用户可按元素、化学式、压力、晶系、空间群等多种条件进行检索，也可通过周期表选择和高级搜索快速定位目标材料。进入详情页后，数据库可展示材料组成、原子数、密度、压力等基础信息，并提供交互式三维结构可视化，便于直观观察晶体构型。系统还整理了晶格参数、原子坐标、Wyckoff 位点、晶系、空间群、点群等晶体学数据，以及热力学性质、电子结构、稳定性和可合成性等性能指标。所有结构均附带标准化的能量、应力及元数据信息，并支持详细计算参数下载和焓-压曲线交互展示，可用于材料筛选、理论计算、结构建模和科研分析。

图2：数据库欧洲杯展示。

图3：数据库详情页展示。左：晶体结构可视化展示；右：焓差曲线示意图。

团队亦诚挚邀请高压科学界同仁通过CALYPSO平台贡献结构数据、共建共享，以期将HPCSD打造为开放、活跃、可持续演进的社区基础设施。未来，HPCSD将持续吸纳更多多元化合物数据，扩展更密的压力网格与更丰富的元数据，进一步强化其作为"第一性原理计算—数据驱动建模—高压实验"之间桥梁的角色。

数据库网址：

//www.calypso.cn/database

论文链接：

//arxiv.org/abs/2605.14471