加速范德摩氧化物配方发现：基于WGAN-VAE 的材料设计框架
材料科学
2025-03-11 v2 无序系统与神经网络
摘要
具有可调电性质的新型材料发现对于现代器件技术至关重要，但耗时的实证方法阻碍了进展。我们提出了一个逆向设计框架，将增强型 Wasserstein 生成对抗网络（WGAN）与专用变分自编码器（VAE）相结合，以加速范德摩氧化物（V-O）稳定配方的发现。该方法特点包括：（1）集成稳定性约束和形成能预测的WGAN，直接生成热力学可行结构；（2）改进的VAE捕捉原子位置和晶格参数，同时保持化学有效性。应用该框架后，我们生成了451个唯一的V-O配方，其中91个稳定，44个亚稳定，均符合严格的热力学标准。值得注意的是，我们发现了若干新型V2O3配置，其形成能低于材料项目凸显 Hull，揭示了此前未知的稳定相。详细的自旋极化DFT+U计算显示出不同的电子行为，包括具有前景的半金属性。我们的做法在质量和稳定性方面均优于现有方法，在严格标准下实现约20%的稳定性，远高于早期基准。此外，对选取配方进行声子计算确认了动态稳定性：0 K时的微小虚虚模式可能源于有限尺寸效应或已知相变，表明这些材料在实际条件下仍稳定或亚稳定。这些发现表明我们的框架是加速材料发现的强大工具，并为下一代电子器件指出了有前景的V-O候选材料。
引用
@article{arxiv.2501.04604,
title = {Accelerated Discovery of Vanadium Oxide Compositions: A WGAN-VAE Framework for Materials Design},
author = {Danial Ebrahimzadeh and Sarah S. Sharif and Yaser M. Banad},
journal= {arXiv preprint arXiv:2501.04604},
year = {2025}
}
备注
15 Figures