Nat. Commun.: 机器学习加速电子结构预测,推动复杂材料的探索

学术   2024-11-07 23:16   北京  
https://doi.org/10.1038/s41467-024-53748-7

源码仓库:

https://github.com/bwhou1997/VAE-DFT

训练集(GW):

https://doi.org/10.18126/rpa1-yp91

研究背景:

在材料物理和凝聚态物理领域,电子结构的精确描述至关重要。密度泛函理论(DFT)是常用的第一性原理方法,主要用于研究材料的基态性质。然而,由于量子多体效应的存在,DFT在激发态预测方面的表现有限。现有的GW理论尽管能够改善激发态的预测精度,但计算成本高昂。为解决这些挑战,研究团队采用了变分自编码器(VAE)模型,将高维DFT波函数映射至低维空间,实现了数据的有效压缩和信息保留,为后续的带隙预测提供了可靠的基础。

主要研究结果:

该研究利用变分自编码器(VAE)成功将DFT波函数表示为低维潜在空间,并证明该方法在不同材料的带隙预测上表现出色。研究表明,通过VAE的低维表示,可以高效地捕捉电子结构的关键特征,在后续的神经网络模型中用于带隙预测时,误差仅为0.11 eV。这一结果表明,VAE在物理信息保留上具有显著优势。此外,VAE模型还具有生成性和解释性,能够生成平滑且物理合理的波函数,这为材料设计和探索开辟了新途径。

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