Integrating Density Functional Theory with Machine Learning for Enhanced Band Gap Prediction in Metal Oxides

密度泛函理论 金属 带隙 材料科学 纳米技术 计算化学 化学 光电子学 冶金
作者
Chidozie Ezeakunne,Bipin Lamichhane,Shyam Kattel
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [Royal Society of Chemistry]
被引量:1
标识
DOI:10.1039/d4cp03397c
摘要

In this study, we used a combination of density functional theory with Hubbard U correction (DFT+U) and machine learning (ML) to accurately predict the band gaps and lattice parameters of metal oxides: TiO2 (rutile and anatase), cubic ZnO, cubic ZnO2, cubic CeO2, and cubic ZrO2. Our results show that including Up values for oxygen 2p orbitals alongside Ud/f for metal 3d or 4f orbitals significantly enhances the accuracy of these predictions. Through extensive DFT+U calculations, we identify optimal (Up, Ud/f) integer pairs that closely reproduce experimentally measured band gaps and lattice parameters for each oxide: (8 eV, 8 eV) for rutile TiO2; (3 eV, 6 eV) for anatase TiO2; (6 eV, 12 eV) for c-ZnO; (10 eV, 10 eV) for c-ZnO2; (9 eV, 5 eV) for c-ZrO2; and (7 eV, 12 eV) for c-CeO2. Our ML analysis showed that simple supervised ML models can closely reproduce these DFT+U results at a fraction of the computational cost and generalize well to related polymorphs. Our approach builds on existing high-throughput DFT+U frameworks by providing fast pre-DFT estimates of structural properties and band gaps. Since this work does not aim to improve the underlying DFT+U method, the ML model shares its limitations. We also note that the reported values of Up strongly depend on the choice of correlated orbitals, and caution is recommended with a different choice of correlated orbitals.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
无花果应助ruby采纳,获得10
刚刚
dengzx08完成签到,获得积分10
1秒前
lily完成签到,获得积分10
1秒前
小贱牛发布了新的文献求助20
2秒前
UGO发布了新的文献求助10
2秒前
多肉葡萄完成签到,获得积分10
2秒前
Immunology发布了新的文献求助10
2秒前
Ma完成签到,获得积分10
2秒前
13508104971发布了新的文献求助10
3秒前
kang完成签到,获得积分10
3秒前
孟雯毓发布了新的文献求助10
3秒前
Akim应助早日毕业采纳,获得10
3秒前
3秒前
3秒前
姜海绵完成签到,获得积分20
3秒前
胡王梓完成签到,获得积分20
3秒前
xxx发布了新的文献求助10
3秒前
3秒前
科研通AI6.2应助彭三忘采纳,获得10
4秒前
清秀书兰发布了新的文献求助10
4秒前
Enigma_GEB应助zzzzzp采纳,获得10
4秒前
4秒前
小李完成签到 ,获得积分10
4秒前
hzauhzau发布了新的文献求助10
5秒前
coolru应助gdou2030采纳,获得30
5秒前
5秒前
懵懂的采梦应助李娜采纳,获得10
5秒前
888888发布了新的文献求助10
5秒前
小新小新发布了新的文献求助10
6秒前
liutao发布了新的文献求助30
6秒前
鞑靼完成签到,获得积分10
6秒前
6秒前
6秒前
7秒前
7秒前
梦雅完成签到,获得积分10
7秒前
7秒前
7秒前
汉堡包应助甜雨雨雨呀采纳,获得10
7秒前
8秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Organizational Behavior 510
Management and the Arts 510
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 510
Rosenblum, Global Change Biology 500
CLSI VET01S-2024 Performance Standards for Antimicrobial Disk and Dilution Susceptibility Tests for Bacteria Isolated From Animals (7th Ed) 500
DIPPR Project 801 - Full Version 380
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 计算机科学 化学工程 工程类 有机化学 物理 复合材料 生物化学 内科学 细胞生物学 基因 遗传学 免疫学 冶金 光电子学 癌症研究
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7766854
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9310725
关于积分的说明 20318962
捐赠科研通 7351983
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3315202
关于科研通互助平台的介绍 2464635
邀请新用户注册赠送积分活动 2329840