Enhancing prediction accuracy of physical band gaps in semiconductor materials

带隙 半导体 卷积(计算机科学) 计算机科学 图形 Crystal(编程语言) 机器学习 算法 材料科学 人工神经网络 光电子学 理论计算机科学 程序设计语言
作者
Hassan Masood,Tharmakulasingam Sirojan,Cui Ying Toe,Priyank V. Kumar,Yousof Haghshenas,Patrick H.‐L. Sit,Rose Amal,Vidhyasaharan Sethu,Wey Yang Teoh
出处
期刊:Cell reports physical science [Elsevier BV]
卷期号:4 (9): 101555-101555 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.xcrp.2023.101555
摘要

Accurate band-gap prediction is essential for designing and discovering new materials with desired properties. However, current methods for calculating band gaps based on local and semilocal functionals lead to significant underestimation, hindering the effectiveness of in silico and high-throughput screening of materials. We present a machine learning model with domain adaptation to rapidly yield accurate band-gap prediction of semiconductors (oxides, chalcogenides, nitrides, phosphides, etc.). The approach circumvents the prerequisite for a large amount of physically measured band-gap data, which is notoriously scarce. It instead sources knowledge from a large dataset with underestimated band gaps and subsequently transfers knowledge to train a crystal graph convolution neural network (CGCNN) using a small dataset of accurate, physically measured band gaps. The prediction model shows a low mean absolute error (MAE) of 0.23 eV, outperforming those using Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE) functionals (MAE = 0.87 eV). Visualization of the learned crystal graph using the t-distributed stochastic neighbor embedding (t-SNE) algorithm revealed that the crystal structure and composition have a strong influence on the material band gaps.
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