0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

机器学习在各领域的广泛应用以及促生其在材料领域的应用

ExMh_zhishexues 来源:知社学术圈 作者:知社学术圈 2021-04-12 10:19 次阅读
加入交流群
微信小助手二维码

扫码添加小助手

加入工程师交流群

机器学习的在各领域的广泛应用也促生其在材料领域的应用。它提供了一种革命性的工具,即能从高维数据中发现数据间的规律。有助于减少计算量从而加速对新材料的探索。对于复杂的数据集,如晶体化合物的数据集,一个至关重要的问题是如何从化学视角为晶体结构构建低维特征。糟糕的特征无法减低数据的复杂性或无法提取晶体的关键信息从而导致巨大的预测误差。为了满足覆盖绝大多数晶体结构和组成,特征需要满足旋转、平移和尺度不变性。因此完整、精确地数字化描述晶体材料是一项具有挑战性的任务。

来自北京大学深圳研究生院新材料学院的潘锋教授和密歇根州立大学数学系的魏国卫教授等提出,原子特殊的持续同调(ASPH)可作为机器学习预测材料形成能的特征,取得了较好的预测效果。不同于传统拓扑的高级抽象,ASPH能将多尺度几何信息嵌入拓扑不变量中,能有效地提取几何空间中的独立元件、环、空腔等独特特征。

更具体来说,独立元件由化学键彼此连接,而环和空腔则为多体相互作用。这一发现证明了代数拓扑理论在研究晶体材料中可发挥重要作用。值得注意的是,相比于暨往方法,ASPH对晶体材料形成能的模拟计算有更准确的预测能力,它的适用性可扩展到所有空间群和绝大多数元素。这不仅提供了一种新型的晶体结构描述方法,而且有助于利用计算机辅助设计和新材料发现。

该文近期发表于npj Computational Materials7:28(2021),英文标题与摘要如下,。

c8e97e6c-9ab7-11eb-8b86-12bb97331649.jpg

Topological representations of crystalline compounds for the machine-learning prediction of materials properties

Yi Jiang, Dong Chen, Xin Chen, Tangyi Li, Guo-Wei Wei & Feng Pan

Accurate theoretical predictions of desired properties of materials play an important role in materials research and development. Machine learning (ML) can accelerate the materials design by building a model from input data. For complex datasets, such as those of crystalline compounds, a vital issue is how to construct low-dimensional representations for input crystal structures with chemical insights.

In this work, we introduce an algebraic topology-based method, called atom-specific persistent homology (ASPH), as a unique representation of crystal structures. The ASPH can capture both pairwise and many-body interactions and reveal the topology-property relationship of a group of atoms at various scales.

Combined with composition-based attributes, ASPH-based ML model provides a highly accurate prediction of the formation energy calculated by density functional theory (DFT). After training with more than 30,000 different structure types and compositions, our model achieves a mean absolute error of 61 meV/atom in cross-validation, which outperforms previous work such as Voronoi tessellations and Coulomb matrix method using the same ML algorithm and datasets.

Our results indicate that the proposed topology-based method provides a powerful computational tool for predicting materials properties compared to previous works.

图1:以BaTiO3为例,构建晶体拓扑特征的过程

编辑:jq

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 晶体
    +关注

    关注

    2

    文章

    1448

    浏览量

    37692
  • 拓扑
    +关注

    关注

    4

    文章

    353

    浏览量

    30527
  • 机器学习
    +关注

    关注

    67

    文章

    8561

    浏览量

    137208

原文标题:npj: ML材料性能预测—代数拓扑表达晶体结构

文章出处:【微信号:zhishexueshuquan,微信公众号:知社学术圈】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏
加入交流群
微信小助手二维码

扫码添加小助手

加入工程师交流群

    评论

    相关推荐
    热点推荐

    UWB技术机器领域的创新应用与前景

    本文系统阐述了UWB技术机器领域的应用价值。针对传统机器人定位精度低、环境适应性差、协同困难等问题,UWB凭借厘米级定位、毫秒级延迟和强抗干扰能力,显著提升了
    的头像 发表于 01-12 17:54 1688次阅读
    UWB技术<b class='flag-5'>在</b><b class='flag-5'>机器</b>人<b class='flag-5'>领域</b>的创新应用与前景

    CST软件的广泛应用

    21世纪的科技浪潮中,电磁仿真技术已成为推动众多行业发展的关键力量。作为电磁仿真领域的佼佼者,CST软件凭借强大的功能、高精度的仿真结果以及广泛
    的头像 发表于 12-17 10:22 507次阅读
    CST软件的<b class='flag-5'>广泛应用</b>

    探索RISC-V机器领域的潜力

    探索RISC-V机器领域的潜力 测评人:洄溯 测评时间: 2025年11月 测评对象: MUSE Pi Pro开发板(基于进迭时空K1系列高性能RISC-V CPU) 一、 开篇引言
    发表于 12-03 14:40

    ELLON合金电阻特性及广泛应用

    ELLON 合金电阻电子领域有着独特地位。它具备高精度、高稳定性等特性,广泛应用于电源与能源管理、电池管理系统等诸多领域。本文将深入解析 ELLON 合金电阻的相关知识,帮助您全面了
    的头像 发表于 12-01 15:37 532次阅读
    ELLON合金电阻特性及<b class='flag-5'>广泛应用</b>

    Lora技术应用领域

    广泛应用。通过Lora技术,可以实现对空气质量、水质监测等环境因素的实时监测和预警,为环境保护提供有力支持。 4. 物流和运输:Lora技术物流和运输领域也有着广泛的应用。通过Lor
    发表于 11-26 08:10

    CW32L系列MCU的应用领域

    CW32L系列MCU凭借低功耗、高性能、丰富的外设接口以及强大的安全性能,广泛应用于以下领域: 消费电子:如智能手机、平板电脑、智能手表等便携式设备。 智能家居:如智能插座、智能灯
    发表于 11-25 07:22

    嵌入式系统的定义和应用领域

    嵌入式系统,简而言之,就是一种专为特定设备或装置设计的计算机系统。它们通常配备一个嵌入式处理器,控制程序被存储ROM中。这些系统许多日常用品中都有广泛的应用,例如手表、微波炉、录
    发表于 11-17 06:49

    环氧树脂各领域的应用

    环氧树脂的卓越特性与应用领域环氧树脂凭借卓越的物理机械性能、电绝缘性能以及与多种材料的出色粘接性能,众多
    的头像 发表于 09-11 14:43 1614次阅读
    环氧树脂<b class='flag-5'>在</b><b class='flag-5'>各领域</b>的应用

    工控一体机轨道交通领域的应用解决方案面临哪些挑战?

    轨道交通领域,工控一体机扮演着关键角色,广泛应用于自动售检票系统、列车运行监控系统、智能调度系统以及车站设备控制系统等多个核心环节。然而,
    的头像 发表于 09-08 17:28 921次阅读

    滚珠导轨工业制造领域如何实现高效运行?

    工业制造领域中滚珠导轨凭借高精度、低摩擦、高刚性等特点,被广泛应用于多种设备和场景,并在设备性能中起着关键作用。
    的头像 发表于 09-02 17:52 794次阅读
    滚珠导轨<b class='flag-5'>在</b>工业制造<b class='flag-5'>领域</b>如何实现高效运行?

    伺服电机的工作原理、构成以及应用

    伺服电机(英文:servomotor),机器人、制造设备以及汽车等众多领域有着广泛应用
    的头像 发表于 07-18 15:11 4705次阅读
    伺服电机的工作原理、构成<b class='flag-5'>以及</b>应用

    超声波换能器:原理与多领域应用解析

    这一关键技术,更能为更多领域的创新应用提供思路和方向。 二、超声波换能器的工作原理 (一)压电效应的基础 超声波换能器的工作原理主要基于压电效应。某些晶体材料,如压电陶瓷,具备独特
    发表于 06-28 15:09

    高压放大器材料领域的研究与应用

    高压放大器作为一种关键的电子仪器,能够将低电压信号放大到较高电平,材料科学领域的研究和应用中发挥着重要作用。功能主要体现在提供高电压驱动信号、精确控制实验条件、放大微弱信号等方面,
    的头像 发表于 06-27 14:17 715次阅读
    高压放大器<b class='flag-5'>在</b><b class='flag-5'>材料</b><b class='flag-5'>领域</b>的研究与应用

    网线机器领域如何发挥重要作用

    机器人制造领域正经历前所未有的变革,网络产品作为连接机器人内部系统与外部环境的关键纽带,机器视觉、数据采集和远程控制等环节发挥着决定性作用
    的头像 发表于 04-27 13:33 1020次阅读

    EtherCAT科普系列(7): EtherCAT技术工业机器人控制系统领域的应用

    )机器人、并联(DELTA)机器人、直角坐标机器人、圆柱坐标机器以及协作机器人。
    的头像 发表于 04-25 11:31 1908次阅读
    EtherCAT科普系列(7): EtherCAT技术<b class='flag-5'>在</b>工业<b class='flag-5'>机器</b>人控制系统<b class='flag-5'>领域</b>的应用