MAGUS: machine learning and graph theory assisted universal structure searcher

水准点(测量) 计算机科学 晶体结构预测 密度泛函理论 分解 晶体结构 固态 理论计算机科学 统计物理学 算法 物理 量子力学 工程物理 化学 大地测量学 结晶学 地理 有机化学
作者
Junjie Wang,Hao Gao,Yu Han,Chi Ding,Shuning Pan,Yong Wang,Qiuhan Jia,Hui‐Tian Wang,Dingyu Xing,Jian Sun
出处
期刊:National Science Review [Oxford University Press]
卷期号:10 (7): nwad128-nwad128 被引量:106
标识
DOI:10.1093/nsr/nwad128
摘要

Crystal structure predictions based on first-principles calculations have gained great success in materials science and solid state physics. However, the remaining challenges still limit their applications in systems with a large number of atoms, especially the complexity of conformational space and the cost of local optimizations for big systems. Here, we introduce a crystal structure prediction method, MAGUS, based on the evolutionary algorithm, which addresses the above challenges with machine learning and graph theory. Techniques used in the program are summarized in detail and benchmark tests are provided. With intensive tests, we demonstrate that on-the-fly machine-learning potentials can be used to significantly reduce the number of expensive first-principles calculations, and the crystal decomposition based on graph theory can efficiently decrease the required configurations in order to find the target structures. We also summarized the representative applications of this method on several research topics, including unexpected compounds in the interior of planets and their exotic states at high pressure and high temperature (superionic, plastic, partially diffusive state, etc.); new functional materials (superhard, high-energy-density, superconducting, photoelectric materials), etc. These successful applications demonstrated that MAGUS code can help to accelerate the discovery of interesting materials and phenomena, as well as the significant value of crystal structure predictions in general.
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