材料晶体结构的自适应探索与优化
摘要：材料科学的一个核心问题是确定一个假设材料是否稳定，而不需要合成，这在数学上等同于在高度非线性和多模态势能曲面上进行全局优化问题。这个优化问题带来了多个挑战，包括势能曲面的极高维度以及必须基于一个可靠、精密、无参数且非常昂贵的计算方法构建势能曲面，其中密度泛函理论（DFT）是一个例子。DFT是一种基于量子力学的方法，可以预测原子的给定构型的总势能，但是DFT的计算开销很大。在这项研究中，我们提出了一种新的扩展-探索-开发框架来寻找势能曲面的全局最小值。从一些原子配置开始，这个“已知”空间被扩展以构建一个较大的候选集合。扩展开始时是非自适应的，新的配置被添加而不考虑它们的势能。这一步的一个新特征是它倾向于在不知道域空间边界的情况下生成一个充满空间的设计。如果需要，配置空间的非自适应扩展后续会进行自适应扩展，进一步扩展低能量配置的“有希望区域”。一旦获得了候选配置集合，就可以使用贝叶斯优化同时探索和开发以找到全局最小。通过使用寻找铝最稳定晶体结构的问题来演示该方法。
作者：Arvind Krishna, Huan Tran, Chaofan Huang, Rampi Ramprasad, V. Roshan Joseph
论文ID：2212.00941
分类：Applications
分类简称：stat.AP
提交时间：2023-05-02