A multiscale generative model to understand disorder in domain boundaries

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作者
Jiadong Dan,Moaz Waqar,Ivan Erofeev,Kui Yao,John Wang,Stephen J. Pennycook,N. Duane Loh
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:9 (42): eadj0904-eadj0904 被引量:8
标识
DOI:10.1126/sciadv.adj0904
摘要

A continuing challenge in atomic resolution microscopy is to identify significant structural motifs and their assembly rules in synthesized materials with limited observations. Here, we propose and validate a simple and effective hybrid generative model capable of predicting unseen domain boundaries in a potassium sodium niobate thin film from only a small number of observations, without expensive first-principles calculations or atomistic simulations of domain growth. Our results demonstrate that complicated domain boundary structures spanning 1 to 100 nanometers can arise from simple interpretable local rules played out probabilistically. We also found previously unobserved, significant, tileable boundary motifs that may affect the piezoelectric response of the material system, and evidence that our system creates domain boundaries with the highest configurational entropy. More broadly, our work shows that simple yet interpretable machine learning models could pave the way to describe and understand the nature and origin of disorder in complex materials, therefore improving functional materials design.

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