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利用机器学习改革材料研究

在材料科学领域,研究人员面临着破解原子尺度下物质复杂行为的巨大挑战。类似非弹性中子散射或X射线散射的技术提供了非常宝贵的见解,但资源密集且复杂。中子源的有限可用性,以及对数据解释的一丝不苟的需求,一直是该领域进展的瓶颈。虽然以前曾经使用机器学习来提高数据准确性,但美国能源部SLAC国家加速器实验室的团队揭示了一种突破性的方法,使用神经隐式表示,超越传统方法。

以往在材料研究中利用机器学习的尝试主要依赖于基于图像的数据表示。然而,这个团队使用神经隐式表示的新方法走了一条与众不同的道路。它使用坐标作为输入,类似于地图上的点,根据它们的空间位置预测属性。这种方法为解释数据提供了一种配方,允许进行详细的预测,甚至在数据点之间。这种创新在捕捉量子材料数据中细微差别方面非常有效,为该领域的研究提供了一个有前途的途径。

该团队的动力很明确:揭示受审查的材料的潜在物理特性。研究人员强调了在中子散射产生的大量数据集中筛选出仅有的相关数据的挑战。经过数千次模拟的改进的机器学习模型可以识别出对人眼来说可能不易察觉的数据曲线上微小的差异。这种突破性方法不仅加快了对数据的理解,还为研究人员在收集数据时提供了即时帮助,这在以前是不可能的。

这种创新的关键指标在于其能够进行连续实时分析的能力。这种能力可以改变像SLAC的Linac相干光源(LCLS)这样的设施中的实验进行方式。传统上,研究人员依靠直觉、模拟和实验后分析来指导他们的下一步。通过新方法,研究人员可以精确地确定何时积累足够的数据来得出一个实验的结论,从而简化整个过程。

这种名为“坐标网络”的模型的适应性证明了其在涉及能量和动量数据的各种散射测量中的潜在影响。这种灵活性为材料科学领域的各种研究提供了新的研究途径。该团队恰当地强调了这种前沿的机器学习方法在加快进步和简化实验方面的潜力,并为材料研究开辟了令人兴奋的新前景。

总而言之,神经隐式表示和机器学习技术的整合为材料研究带来了一个新时代。能够迅速准确地从实验数据中提取未知参数,减少人为干预的能力,是一个重要的改变者。通过提供实时指导和连续分析,这种方法有望改变实验的进行方式,可能加快材料科学中的发现速度。凭借其在各种散射测量中的适应性,材料研究的未来看起来异常有希望。

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