論文の概要: Machine Learning Enabled Discovery of Application Dependent Design Principles for Two-dimensional Materials

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2003.13418v1
• Date: Thu, 19 Mar 2020 23:13:50 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2022-12-22 05:05:13.607953
• Title: Machine Learning Enabled Discovery of Application Dependent Design Principles for Two-dimensional Materials
• Title（参考訳）: 機械学習による2次元材料の応用依存設計原理の発見
• Authors: Victor Venturi and Holden Parks and Zeeshan Ahmad and Venkatasubramanian Viswanathan
• Abstract要約: 我々は熱力学、機械的、電子的特性を予測するためにモデルのアンサンブルを訓練する。 ほぼ2つの非結合なアプリケーションに対して,45,000近い構造体をスクリーニングする。 有機-無機ペロブスカイトと鉛とスズとのハイブリッドが太陽電池の応用に好適であることが判明した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.1470070927586016
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The large-scale search for high-performing candidate 2D materials is limited to calculating a few simple descriptors, usually with first-principles density functional theory calculations. In this work, we alleviate this issue by extending and generalizing crystal graph convolutional neural networks to systems with planar periodicity, and train an ensemble of models to predict thermodynamic, mechanical, and electronic properties. To demonstrate the utility of this approach, we carry out a screening of nearly 45,000 structures for two largely disjoint applications: namely, mechanically robust composites and photovoltaics. An analysis of the uncertainty associated with our methods indicates the ensemble of neural networks is well-calibrated and has errors comparable with those from accurate first-principles density functional theory calculations. The ensemble of models allows us to gauge the confidence of our predictions, and to find the candidates most likely to exhibit effective performance in their applications. Since the datasets used in our screening were combinatorically generated, we are also able to investigate, using an innovative method, structural and compositional design principles that impact the properties of the structures surveyed and which can act as a generative model basis for future material discovery through reverse engineering. Our approach allowed us to recover some well-accepted design principles: for instance, we find that hybrid organic-inorganic perovskites with lead and tin tend to be good candidates for solar cell applications.
• Abstract（参考訳）: 高性能候補2D材料の大規模探索は、いくつかの単純な記述子(通常は第一原理密度汎関数理論計算)の計算に限られる。 本研究では,結晶グラフ畳み込みニューラルネットワークを平面周期性を持つ系に拡張・一般化し,熱力学的,機械的,電子的性質を予測するためのモデルのアンサンブルを訓練することにより,この問題を軽減する。 この手法の有用性を実証するために, 機械的にロバストな複合材料と太陽光発電の2つの応用について, 約45,000の構造物のスクリーニングを行った。 提案手法に関する不確実性の解析は,ニューラルネットワークのアンサンブルがよく校正されており,精度の高い第一原理密度汎関数理論計算による誤差と同等であることを示している。 モデルのアンサンブルにより、予測の信頼性を測り、アプリケーションの効果的な性能を示す可能性が最も高い候補を見つけることができます。 スクリーニングに用いたデータセットは組合せ的に生成されるため、調査対象の構造の性質に影響を与え、リバースエンジニアリングによる将来の材料発見のための生成モデルベースとして機能する革新的な手法、構造および構成設計原則を用いて、調査も可能である。 例えば、鉛とスズを併用した有機-無機ペロブスカイトが太陽電池の応用に良い候補になる傾向があることを発見したのです。

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