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The rule of four: anomalous distributions in the stoichiometries of inorganic compounds

Résumé

Why are materials with specific characteristics more abundant than others? This is a fundamental question in materials science and one that is traditionally difficult to tackle, given the vastness of compositional and configurational space. We highlight here the anomalous abundance of inorganic compounds whose primitive unit cell contains a number of atoms that is a multiple of four. This occurrence-named here the rule of four-has to our knowledge not previously been reported or studied. Here, we first highlight the rule's existence, especially notable when restricting oneself to experimentally known compounds, and explore its possible relationship with established descriptors of crystal structures, from symmetries to energies. We then investigate this relative abundance by looking at structural descriptors, both of global (packing configurations) and local (the smooth overlap of atomic positions) nature. Contrary to intuition, the overabundance does not correlate with low-energy or high-symmetry structures; in fact, structures which obey the rule of four are characterized by low symmetries and loosely packed arrangements maximizing the free volume. We are able to correlate this abundance with local structural symmetries, and visualize the results using a hybrid supervised-unsupervised machine learning method.

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Système cristallin cubique
En cristallographie, le système cristallin cubique (ou isométrique) est un système cristallin qui contient les cristaux dont la maille élémentaire est cubique, c'est-à-dire possédant quatre axes ternaires de symétrie. Il existe trois types de telles structures : cubique simple, cubique centrée et cubique à faces centrées. Classe cristalline Le tableau ci-dessous fournit les numéros de groupe d'espace des tables internationales de cristallographie du système cristallin cubique, les noms des classes cristallines, les notations Schoenflies, internationales, et des groupes ponctuels, des exemples, le type et les groupes d'espace.
Apprentissage non supervisé
Dans le domaine informatique et de l'intelligence artificielle, l'apprentissage non supervisé désigne la situation d'apprentissage automatique où les données ne sont pas étiquetées (par exemple étiquetées comme « balle » ou « poisson »). Il s'agit donc de découvrir les structures sous-jacentes à ces données non étiquetées. Puisque les données ne sont pas étiquetées, il est impossible à l'algorithme de calculer de façon certaine un score de réussite.
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