Neural network-based order parameter for phase transitions and its applications in high-entropy alloys

自编码 维数之咒 统计物理学 合金 熵(时间箭头) 参数空间 相变 人工神经网络 材料科学 计算机科学 人工智能 热力学 数学 物理 冶金 统计
作者
Junqi Yin,Zongrui Pei,Michael C. Gao
出处
期刊:Nature Computational Science [Nature Portfolio]
卷期号:1 (10): 686-693 被引量:38
标识
DOI:10.1038/s43588-021-00139-3
摘要

Phase transition is one of the most important phenomena in nature and plays a central role in materials design. All phase transitions are characterized by suitable order parameters, including the order-disorder phase transition. However, finding a representative order parameter for complex systems is non-trivial, such as for high-entropy alloys. Given the strength of dimensionality reduction of a variational autoencoder (VAE), we introduce a VAE-based order parameter. We propose that the Manhattan distance in the VAE latent space can serve as a generic order parameter for order-disorder phase transitions. The physical properties of our order parameter are quantitatively interpreted and demonstrated by multiple refractory high-entropy alloys. Using this order parameter, a generally applicable alloy design concept is proposed by mimicking the natural mixing process of elements. Our physically interpretable VAE-based order parameter provides a computational technique for understanding chemical ordering in alloys, which can facilitate the development of rational alloy design strategies.
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