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Modeling crystal defects using defect informed neural networks

delete2025-07-15
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OA
AI
Z
Ziduo Yang
刘
刘晓庆 (Xiaoqing Liu)
X
Xiuying Zhang
P
Pengru Huang *
K
Kostya S. Novoselov
沈蕾 封面图
沈蕾 (Lei Shen) *
DOI:10.1038/s41524-025-01728-wdelete
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摘要

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目前,大多数面向材料的AI研究主要集中在理想晶体上,而实际材料中不可避免地含有缺陷,这些缺陷在现代功能技术中发挥着关键作用。缺陷会破坏几何对称性并增加相互作用复杂性,这对传统机器学习模型提出了特殊挑战。在此,我们介绍一种名为Defect-Informed Equivariant Graph Neural Network(DefiNet)的模型,该模型专门设计用于精确捕捉点缺陷结构中的缺陷相关相互作用和几何构型。DefiNet能够在毫秒级别内使用单张GPU实现接近DFT水平的结构预测。为验证其准确性,我们使用DefiNet预测的结构作为初始构型进行DFT弛豫,并测量剩余的离子步数。对于大多数缺陷结构,无论缺陷复杂度或系统尺寸如何,仅需3步离子步即可达到DFT水平的基态。最后,与扫描透射电子显微镜(STEM)图像的比较证实了DefiNet的可扩展性及其超越点缺陷的泛化能力,使其成为缺陷导向材料研究的宝贵工具。
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