Active learning in latent spaces enables rapid inverse design of ferroelectric ceramics for energy storage

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作者
Zhaochen Xi,Zhentao Wang,Changqing Guo,Ke Xu,Weichen Zhao,Zhengqiao Li,Jian Bao,Haowei Zhou,Cong Zou,Houbing Huang,Di Zhou
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:17 (1) 被引量:3
标识
DOI:10.1038/s41467-026-70792-7
摘要

Ferroelectric ceramics are promising energy-storage candidates for miniaturizing high-power electronic systems, yet synergistically enhancing energy density and efficiency remains constrained by intricate coupling between chemical compositions and polarization configurations. Achieving high-throughput compositional exploration while solving real-time polarization dynamics is nearly impossible with traditional simulations due to prohibitive computational costs. Here, we propose an inverse design framework integrating a variational generative model with active learning optimization to accelerate the development of ferroelectrics with enhanced energy-storage performance under limited electric fields. By formulating the time-dependent Ginzburg-Landau equation governing domain structure evolution as conditional sampling within model latent space, achieving synergistic optimization of chemistry and polarization configurations. Through four-round closed-loop synthesis, we successfully obtain Bi0.5Na0.5TiO3-based relaxor-ferroelectrics exhibiting exceptional energy density of ~2.3 J cm-3 and ~80% efficiency at a low field of 200 kV cm-1. This work establishes an efficient, generalizable route for the inverse design of next-generation energy-storage dielectric materials. The authors demonstrate a generative model-based inverse design strategy that synergistically optimizes the composition and polarization configurations in Bi0.5Na0.5TiO3-based ceramics, achieving enhanced energy-storage performance under low fields.
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