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Crystal Graph Convolutional Neural Networks for Accurate and Interpretable Prediction of Material Properties

机译:准确和精确的晶体图卷积神经网络   材料特性的可解释预测

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摘要

The use of machine learning methods for accelerating the design ofcrystalline materials usually requires manually constructed feature vectors orcomplex transformation of atom coordinates to input the crystal structure,which either constrains the model to certain crystal types or makes itdifficult to provide chemical insights. Here, we develop a crystal graphconvolutional neural networks (CGCNN) framework to directly learn materialproperties from the connection of atoms in the crystal, providing a universaland interpretable representation of the crystals structure. Our method achievesthe same accuracy as DFT for 8 different properties of crystals with variousstructure types and compositions after trained with $10^4$ data points.Further, our framework is interpretable because one can extract thecontributions from local chemical environments to global properties. Using anexample of perovskites, we show how this information can be utilized todiscover empirical rules for materials design.
机译:使用机器学习方法来加速晶体材料的设计通常需要手动构建特征向量或原子坐标的复杂变换以输入晶体结构,这要么将模型限制为某些晶体类型,要么很难提供化学见解。在这里,我们开发了晶体图卷积神经网络(CGCNN)框架,可以直接从晶体中原子的连接中学习材料属性,从而提供晶体结构的通用且可解释的表示形式。我们的方法在经过$ 10 ^ 4 $数据点训练后,对于具有不同结构类型和组成的8种不同特性的晶体,其精度达到了DFT的精度。此外,我们的框架是可以解释的,因为可以从局部化学环境中提取对全局特性的贡献。以钙钛矿为例,我们展示了如何利用这些信息来发现材料设计的经验规则。

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