論文の概要: Generative Discovery of Magnetic Insulators under Competing Physical Constraints

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.21073v1
• Date: Wed, 22 Apr 2026 20:37:01 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-24 14:40:06.171545
• Title: Generative Discovery of Magnetic Insulators under Competing Physical Constraints
• Title（参考訳）: 競争的物理的制約下における磁気絶縁体の創発的発見
• Authors: Qiulin Zeng, Tahiya Chowdhury, Md Shafayat Hossain,
• Abstract要約: MagMatLLMは制約誘導型生成発見フレームワークである。 言語モデルに基づく結晶生成と進化的選択、代理スクリーニング、第一原理検証を統合している。 これまでに報告されていない12個の磁気絶縁体を同定した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.320393382724067
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Discovering materials that must simultaneously satisfy multiple competing constraints remains a central challenge in computational materials design, particularly in data-scarce regimes where conventional data-driven approaches are least effective. Magnetic insulators represent a stringent example: the electronic conditions that favor magnetic order often also promote metallicity, while insulating behavior suppresses the interactions that stabilize magnetism. As a result, experimentally viable magnetic insulators are rare and difficult to identify through conventional screening. Here, we introduce MagMatLLM, a constraint-guided generative discovery framework that integrates language-model-based crystal generation with evolutionary selection, surrogate screening, and first-principles validation to target simultaneous stability, magnetism, and insulating behavior. Unlike stability-first approaches, the framework enforces functional constraints during generation and selection, steering the search toward sparsely populated regions of materials space defined by competing physical requirements. Using this workflow, we identify twelve previously unreported candidate magnetic insulators, including Tm$_4$Co$_2$Cr$_2$O$_{12}$ and Cr$_4$Nb$_2$O$_{12}$. Of these, ten are dynamically stable by phonon analysis and exhibit finite band gaps and nonzero magnetic moments in spin-polarized density functional theory calculations. Beyond the specific compounds identified here, this work establishes a general constraint-guided paradigm for multi-objective materials discovery in sparse chemical spaces and provides a transferable strategy for the design of quantum materials under competing physical constraints.
• Abstract（参考訳）: 複数の競合する制約を同時に満たさなければならない物質を発見することは、計算材料設計において重要な課題であり、特に従来のデータ駆動アプローチが最も効果的でないデータスカース方式においてである。 磁気絶縁体は強い例であり、磁性を優先する電子状態はしばしば金属性を促進するが、絶縁挙動は磁性を安定させる相互作用を抑制する。 その結果、実験可能な磁気絶縁体は稀であり、従来のスクリーニングでは識別が困難である。 本稿では,言語モデルに基づく結晶生成を進化的選択,サロゲートスクリーニング,第1原理検証と統合した制約誘導型生成発見フレームワークMagMatLLMを紹介する。 安定優先のアプローチとは異なり、このフレームワークは生成と選択の間に機能的制約を強制し、競合する物理的要求によって定義された材料空間の疎密な領域を探索する。 このワークフローを用いて、Tm$_4$Co$_2$Cr$_2$O$_{12}$およびCr$_4$Nb$_2$O$_{12}$を含む12の未報告の磁気絶縁体を同定する。 このうち10はフォノン解析により動的に安定であり、スピン偏極密度汎関数理論計算において有限バンドギャップと非ゼロ磁気モーメントを示す。 ここで特定される特定の化合物の他に、この研究はスパース化学空間における多目的物質発見のための一般的な制約誘導パラダイムを確立し、競合する物理的制約の下での量子材料設計のための伝達可能な戦略を提供する。

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