Физики предсказали структуру кристаллов с помощью машинного обучения

Изображение: Workbit / Wikimedia

Ученые из Сколтеха и МФТИ разработали метод, с помощью которого можно узнать, как друг с другом взаимодействуют атомы в кристаллах. Для этого они совместили квантовые расчеты с машинным обучением.

Разработчики использовали алгоритм USPEX, созданный группой Артема Оганова. Этот алгоритм предсказывает структуру кристаллической решетки и может показать, как поведут себя химические вещества в разных условиях. Например, с его помощью ученые предсказали наличие экзотических соединений углерода на планетах-гигантах и их спутниках в Солнечной системе и существование «запрещенных» веществ внутри экзопланет-суперземель.

Но USPEX ограничен скоростью вычислений квантовых расчетов, поэтому для предсказания ученые предложили совместить его с машинным обучением. Группа исследователей из МФТИ и Сколтеха использовали новый метод для расчета поверхности потенциальной энергии (ППЭ) — зависимости внутренней (потенциальной) энергии молекулы от местоположения ее ядер.

При машинном обучении на вход подается информация, описывающая положение атомов в кристаллической решетке, а на выходе получается ППЭ такого кристалла. Ученых интересовала именно энергия, потому что ППЭ определяет структуру, стабильность и другие физические свойства материала.

Метод проверили на структурах из парных атомов металлов и благородных газов. Ученые смогли получить хорошие результаты предсказания структур для пар атомов Al—Al, Xe—Xe, и C–C. Физики получили результаты межмолекулярных взаимодействий, ожидавшиеся для данных веществ на основе упрощенных физических моделей.

В дальнейшем ученые собираются улучшить точность метода.

Результаты исследования опубликованы в журнале Американского института физики AIP Advances.
Теги:

Читать еще на Чердаке: