Accelerated Data-Driven Discovery and Screening of Two-Dimensional Magnets Using Graph Neural Networks

人工神经网络 计算机科学 图形 磁铁 人工智能 物理 理论计算机科学 量子力学
作者
Ahmed Elrashidy,James Della-Giustina,Jia-An Yan
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:128 (14): 6007-6018 被引量:10
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.3c07246
摘要

In this study, we employ graph neural networks (GNNs) to accelerate the discovery of novel 2D magnetic materials which have transformative potential in spintronic applications. Using data from the Materials Project database and the Computational 2D materials database, we train three GNN architectures on a dataset of 1190 magnetic monolayers with energy above the convex hull (Ehull) less than 0.3 eV/atom. Our Crystal Diffusion Variational Autoencoder generates 11,100 candidate crystals. Subsequent training on two Atomistic Line GNNs achieves 93% accuracy in predicting magnetic monolayers and a mean average error of 0.039 eV/atom for Ehull predictions. After narrowing down candidates based on magnetic likelihood and predicted energy, constraining the atom count in the monolayers to five or fewer, and performing dimensionality checks, we identified 190 candidates. These are validated using density-functional theory to confirm their magnetic and energetic favorability, resulting in 167 magnetic monolayers with Ehull < 0.3 eV/atom and a total magnetization of ≥0.5 μB. Our methodology offers a way to accelerate the exploration and prediction of potential 2D magnetic materials, contributing to the ongoing computational and experimental efforts aimed at the discovery of new 2D magnets.
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