Discovering two-dimensional magnetic topological insulators by machine learning

拓扑绝缘体 拓扑(电路) 从头算 启发式 计算机科学 反向 人工智能 物理 机器学习 数学 凝聚态物理 量子力学 几何学 组合数学
作者
Haosheng Xu,Yadong Jiang,Huan Wang,Jing Wang
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:109 (3) 被引量:12
标识
DOI:10.1103/physrevb.109.035122
摘要

Topological materials with unconventional electronic properties have been investigated intensively for both fundamental and practical interests. Thousands of topological materials have been identified by symmetry-based analysis and ab initio calculations. However, the predicted magnetic topological insulators with genuine full band gaps are rare. Here we employ this database and supervisedly train neural networks to develop a heuristic chemical rule for electronic topology diagnosis. The learned rule is interpretable and diagnoses with a high accuracy whether a material is topological using only its chemical formula and Hubbard $U$ parameter. We next evaluate the model performance in several different regimes of materials. Finally, we integrate machine-learned rules with ab initio calculations to high-throughput screen for magnetic topological insulators in a 2D material database. We discover six new classes (15 materials) of Chern insulators, among which four classes (seven materials) have full band gaps and may motivate for experimental observation. We anticipate the machine-learned rule here can be used as a guiding principle for inverse design and discovery of new topological materials.
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