論文の概要: Accelerated Dopant Screening in Oxide Semiconductors via Multi-Fidelity Contextual Bandits and a Three-Tier DFT Validation Funnel

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.10157v1
• Date: Sat, 11 Apr 2026 11:05:06 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-14 20:13:15.878711
• Title: Accelerated Dopant Screening in Oxide Semiconductors via Multi-Fidelity Contextual Bandits and a Three-Tier DFT Validation Funnel
• Title（参考訳）: 多相コンテキストバンドと3層DFTバリデーションファンネルによる酸化物半導体の加速ドーパントスクリーニング
• Authors: Abhinaba Basu,
• Abstract要約: ドーピングによる酸化物半導体のバンドギャップ工学は光触媒と光エレクトロニクスにとって重要である。 我々は5つの酸化物ホストにドープされた候補をスクリーニングした。 我々はCu含有コドープO系を連続的に可視光域帯域ギャップを達成できるものとみなす。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/
• Abstract: Band gap engineering of oxide semiconductors through doping is critical for photocatalysis and optoelectronics, yet the combinatorial space of dopant elements, substitution sites, and co-doping combinations far exceeds typical density functional theory (DFT) budgets. We screen doped candidates across five oxide hosts (ZnO, TiO2, SrTiO3, SnO2, MgO), culminating in a 529-candidate ZnO co-doping campaign, and identify Cu-containing co-doped ZnO systems as consistently achieving visible-light-range band gaps (1.0-1.8 eV), with Y2Cu2 co-doped ZnO as the optimal candidate (1.84 eV). A three-tier validation funnel (PBE, PBE+U, ionic relaxation) reveals that no single level of theory suffices: V-doped ZnO shifts from near-metallic to wide-gap upon Hubbard U correction, while Cu-doped SrTiO3 enters the visible-light window only after correcting for d-electron localization. To make this screening tractable, we introduce a multi-fidelity screening strategy that replaces 81% of DFT evaluations with computationally inexpensive surrogate predictions, reducing a 529-candidate closed-loop Quantum ESPRESSO campaign from an estimated 440 to 62 CPU-hours while finding the global optimum in 100% of 50 independent trials (p = 5.0e-8 versus random screening, Wilcoxon signed-rank). Cross-host analysis of the dopant-host interaction matrix reveals that dopant performance is governed by just two latent chemical dimensions, enabling prediction of rankings in unseen hosts. All 583 DFT calculations, screening code, and stability proofs are released as an open benchmark.
• Abstract（参考訳）: ドーピングによる酸化物半導体のバンドギャップ工学は光触媒や光エレクトロニクスにとって重要であるが、ドーパント元素、置換部位、共ドーピング結合の組合せ空間は典型的な密度汎関数理論(DFT)の予算をはるかに超えている。 酸化亜鉛ホスト(ZnO, TiO2, SrTiO3, SnO2, MgO)のドーピング候補をスクリーニングし, 529候補のZnO共ドーピングを達成し, Cu含有共ドープZnO系を可視光域帯ギャップ(1.0-1.8 eV), Y2Cu2共ドープZnOを最適候補(1.84 eV)とした。 3層検証ファンネル(PBE, PBE+U, イオン緩和)では、VドープZnOはハバードU補正時に近金属から広ギャップにシフトし、CuドープSrTiO3はd電子局在の補正後にのみ可視光窓に入る。 このスクリーニングを可能にするために,DFT評価の81%を計算コストの低いサロゲート予測に置き換える多要素スクリーニング戦略を導入し,約440～62CPU時間から529候補のクローズドループ ESPRESSO キャンペーンを減らし,50個の独立した試行(p = 5.0e-8対ランダムスクリーニング,ウィルコクソン署名ランク)でグローバルな最適値を求める。 ドーパント-ホスト相互作用行列のクロスホスト解析により、ドーパント性能は2つの潜在化学次元によって制御され、見えないホストのランクの予測が可能であることが明らかになった。 583のDFT計算、スクリーニングコード、安定性証明は全てオープンベンチマークとしてリリースされた。

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