Improving the deconvolution of spectra at finite temperatures by replacing spectrum with a neural network

反褶积 人工神经网络 正规化(语言学) 离散化 计算机科学 算法 盲反褶积 反问题 数学优化 应用数学 统计物理学 数学 人工智能 物理 数学分析
作者
Haidong Xie,Xueshuang Xiang,Yuanqing Chen
出处
期刊:Journal of Physics: Condensed Matter [IOP Publishing]
卷期号:35 (4): 045701-045701
标识
DOI:10.1088/1361-648x/aca57a
摘要

Abstract In condensed matter physics studies, spectral information plays an important role in understanding the composition of materials. However, it is difficult to obtain a material’s spectrum information directly through experiments or simulations. For example, the spectral information deconvoluted by scanning tunneling spectroscopy suffers from the temperature broadening effect, which is a known ill-posed problem and makes the deconvolution results unstable. Existing methods, such as the maximum entropy method, tend to select an appropriate regularization to suppress unstable oscillations. However, the choice of regularization is difficult, and oscillations are not completely eliminated. We believe that the possible improvement direction is to pay different attention to different intervals. Combining stochastic optimization and deep learning, in this paper, we introduce a neural network-based strategy to solve the deconvolution problem. Because the neural network can represent any nonuniform piecewise linear function, our method replaces the target spectrum with a neural network and can find a better approximation solution through an accurate and efficient optimization. Experiments on theoretical datasets using superconductors demonstrate that the superconducting gap is more accurately estimated and oscillates less. Plug in real experimental data, our approach obtains clearer results for material analysis.
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