Accelerating materials property prediction via a hybrid Transformer Graph framework that leverages four body interactions

可解释性 计算机科学 财产(哲学) 晶体结构预测 图形 机器学习 人工智能 凸壳 理论计算机科学 正多边形 晶体结构 数学 哲学 认识论 化学 几何学 结晶学
作者
Mohammad Madani,Valentina Lacivita,Yongwoo Shin,Anna Tarakanova
出处
期刊:npj computational materials [Nature Portfolio]
卷期号:11 (1) 被引量:3
标识
DOI:10.1038/s41524-024-01472-7
摘要

Machine learning has advanced the rapid prediction of inorganic materials properties, yet data scarcity for specific properties and capturing thermodynamic stability remains challenging. We propose a framework utilizing a Graph Neural Network with composition-based and crystal structure-based architectures, combined with a transfer learning scheme. This approach accurately predicts energy-related properties (e.g., total energy, energy above the convex hull, energy band gap) and data-scarce mechanical properties (e.g., bulk and shear modulus). Our model incorporates four-body interactions, capturing periodicity and structural characteristics. It outperforms state-of-the-art models in 8 materials property regression tasks. Also, this model predicts local atomic environments and global structural features better than several models. Transfer learning addresses mechanical property data scarcity, while separate architecture analysis allows application to materials lacking crystal structure information. Our framework's interpretability aids in understanding elemental contributions, enhancing material design and discovery. Continuous advancements promise further performance improvements, driving efficient and accurate materials property prediction.
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