• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
27.11.2024
ФизТех
187

В МФТИ ускорили поиск новых материалов с заданными оптическими свойствами

4.4

В рамках совместной работы физики из Китая и России обучили графовую нейронную сеть поиску кристаллов с высоким показателем двулучепреломления. Разработанный подход позволит ускорить поиск новых материалов с заданными оптическим свойствами.

Алгоритм поиска новых материалов с целевыми оптическими свойствами: от сбора базы данных до финального шага с валидацией свойств найденных материалов / © Science China Materials

Результаты опубликованы в журнале Science China Materials. Материалы с высоким показателем двулучепреломления (Δn), особенно в области глубокого ультрафиолета, активно применяются для разработки поляризационных и многих других устройств. Традиционные экспериментальные методы поиска таких материалов занимают много времени и, как правило, сложны в исполнении. Поэтому ученые разработали простой и понятный способ отбора материалов с высоким показателем Δn, используя квантово-механические модели и современные технологии машинного обучения.

При обучении нейросети очень важно правильно подобрать признаки, описывающие тренировочный набор данных. Оптические свойства материала зависят как от его кристаллической структуры, так и от химического состава. Поэтому архитектура модели должна находить взаимосвязи химическим составом, кристаллической структурой и целевым свойством материала.

Одной из таких архитектур, которая сочетает в себе описанные выше свойства, является графовая нейронная сеть. В этом исследовании в качестве основного инструмента использовалась модель графовой нейронной сети ALIGNN. Исследователи обучили ее предсказывать величину двулучепреломления материала, основываясь на кристаллических структурах. Для определения точности предсказании физики добавили критерий D-оптимальности. Этот критерий показывает, насколько надежны предсказания модели на новых данных. Он также оценивает, насколько хорошо характеристики новых материалов «вписываются» в набор данных, использованный для обучения модели.

«Предложенный подход, состоящий из сбора обучающей выборки, разработки моделей машинного обучения и скрининга баз данных, позволил нам найти новые материалы с заданными оптическими свойствами. В будущем данный подход может быть расширен и на другие классы материалов», — рассказывает Иван Круглов, заведующий лабораторией компьютерного дизайна материалов МФТИ.

«Ранее мы не видели работ, где бы использовался критерий D-оптимальности не только для оценки надежности прогнозов модели машинного обучения, но и для оценки “новизны” данных. Также разработанный подход сочетает в себе методы машинного обучения с традиционными квантово-механическими расчетами, что обеспечивает точность и хорошую интерпретируемость результатов. Мы продолжаем разрабатывать модели, используя новые подходы, и, возможно, в ближайшем будущем их качество станет еще лучше!», — пояснила Людмила Березникова, сотрудник лаборатории компьютерного дизайна материалов МФТИ.

Используя обученную графовую нейронную сеть, после скрининга базы данных Materials Project ученые обнаружили два новых материала с высокими значениями двупреломления в области глубокого ультрафиолета: NaYCO3F2 и SClO2F. Найденный материалы имеют Δn = 0,202 и Δn = 0,101 при длине волны равной 1064 нм. Анализ показал, что высокий показатель преломления в NaYCO3F2 обусловлен расположением планарных структурных элементов [CO3]. В случае SClO2F основной вклад в величину Δn дают анизотропные связи S–Cl.

В данной работе впервые продемонстрирована возможность одновременного использования графовой нейронной сети в сочетании с критерием D-оптимальности для точного прогнозирования Δn и поиска новых оптических материалов. Предположительно разработанную модель можно адаптировать для поиска материалов с по другими физическим свойствами, например, твердостью или теплопроводностью.

В работе принимали участие ученые из МФТИ, Синьцзянского технического института физики и химии Китайской академии наук и Центра исследований новых технологий XPANCEO (ОАЭ).

Опубликовано при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий» № 075-15-2024-571.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Вчера, 18:05
Игорь Байдов

В лесах Демократической Республики Конго, где живут бонобо, царит особенный порядок. Власть там принадлежит самкам, а не крупным и сильным самцам. Ученые три десятилетия наблюдали за этими человекообразными обезьянами, чтобы понять, как слабые физически самки становятся лидерами.

Вчера, 18:37
Редакция Naked Science

Квентин Стипп (Quentin Stipp) — американский концепт-художник и цифровой иллюстратор, чьи работы поражают воображение поклонников научной фантастики и фэнтези.

Позавчера, 19:20
Березин Александр

Западные колонии финикийцев включали сильнейшую морскую державу древнего Средиземноморья — Карфаген. Его жители использовали финикийский язык и поклонялись соответствующим богам. Теперь генетики заявили, что практически все эти люди — не потомки финикийских колонистов. Происхождение их в связи с этим довольно загадочно.

20 апреля
Полина Меньшова

Распространено мнение, что, чем чаще пара занимается сексом, тем сильнее каждый из партнеров доволен отношениями. Международная команда исследователей проверила этот тезис.

18 апреля
Березин Александр

Ведущая космическая компания планеты предложила Пентагону «подписку» на услуги крупной спутниковой группировки. Она станет крупнейшим созвездием космических аппаратов, построенным в военных целях. Однако данные об этом исходят от информационного агентства Reuters, которое неоднократно публиковало фейки о компаниях Илона Маска.

Позавчера, 19:20
Березин Александр

Западные колонии финикийцев включали сильнейшую морскую державу древнего Средиземноморья — Карфаген. Его жители использовали финикийский язык и поклонялись соответствующим богам. Теперь генетики заявили, что практически все эти люди — не потомки финикийских колонистов. Происхождение их в связи с этим довольно загадочно.

8 апреля
Березин Александр

До 13 тысяч лет назад в Северной Америке жил вид, который ученые до недавнего времени считали волком. Компания Colossal Biosciences объявила о возрождении этого вымершего вида, но биологические детали ставят ее заявление под серьезное сомнение.

2 апреля
Березин Александр

Известный американский отраслевой обозреватель Эрик Бергер взял интервью у экипажа космического корабля Boeing, из-за технических проблем которого два астронавта задержались на орбите на девять месяцев вместо одной недели. Детали, которые они озвучили, указывают на серьезные проблемы Starliner, о которых ранее умалчивали. Люди провели немало времени при глубоко нештатной температуре. При слегка другом сценарии миссии экипаж корабля мог погибнуть. Официальные заявления NASA и Boeing сразу после июньского полета к МКС, судя по интервью, были заведомо неправдивыми.

16 апреля
Андрей

Многие знают, как популярны сувениры из окаменелостей — зубы древних акул или полированные панцири аммонитов. Но чем реже встречаются такие артефакты, тем они ценнее, то есть на них можно много заработать. И это проблема для палеонтологов. Американский специалист по тираннозаврам оценил ущерб, который нанесла коммерческая добыча костей T. rex и подсчитал среднюю цену таких образцов. Оказалось, больше половины найденных тирексов находится в частных руках, а значит, для науки они недоступны или ненадежны.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно