Machine learning prediction of the optimal carrier concentration and band gap of quaternary thermoelectric materials via element feature descriptors

电负性 带隙 维数之咒 人工智能 机器学习 简单(哲学) 材料科学 电子 特征(语言学) 计算机科学 生物系统 化学 光电子学 物理 量子力学 哲学 有机化学 认识论 生物 语言学
作者
Zhongyu Wan,Quan‐De Wang,Dongchang Liu,Jinhu Liang
出处
期刊:International Journal of Quantum Chemistry [Wiley]
卷期号:121 (18) 被引量:8
标识
DOI:10.1002/qua.26752
摘要

Abstract While the thermoelectric (TE) materials have attracted significant attention in recent years, the design and discovery of new TE materials with optimal carrier concentration and band gap remains a great challenge. Herein, we report the development of machine learning (ML) methods to predict TE materials with introducing physically meaningful simple descriptors. Specifically, we use the number of electrons, Pauling electronegativity and relative atomic mass as the basic physical variables and compute 242 descriptors in 64 categories to characterize the molecular information of a TE material. Multiple stepwise regression is employed to reduce the dimensionality in the developed ML models, and 5 and 4 important features for the band gap and carrier concentration is selected, respectively. The important features are used as input of a total number of 19 ML methods to select the optimal ML models for the prediction of band gap and carrier concentration, respectively. It is shown that the least square support vector machines method is the best model for the prediction of the band gap, while the back propagating artificial neutral network model exhibits the best performance in predicting the carrier concentration values. This work provides novel theoretical guidance for the rapid prediction properties of TE materials. The simple descriptors we defined can accurately predict the band gap and carrier concentration of quaternary TE materials.
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