2014 dxdy logo

Научный форум dxdy

Математика, Физика, Computer Science, Machine Learning, LaTeX, Механика и Техника, Химия,
Биология и Медицина, Экономика и Финансовая Математика, Гуманитарные науки




Начать новую тему Ответить на тему
 
 Признаки для определения значений ширины запрещенной зоны и
Сообщение05.02.2018, 17:10 


05/02/18
2
Добрый день,

Есть соревнование (задача регрессии), в котором надо определить значения энергий по исходным данным. Подробно ознакомиться можно по ссылке: https://www.kaggle.com/c/nomad2018-pred ... conductors
Хотелось бы лучше понять физический смысл данных, чтобы сконструировать новые признаки, которые будут значимы для предсказания энергий, и, в целом, лучше разобраться с предметной областью.

Признаки:
кристаллографическая группа (spacegroup), количество атомов (Al, Ga, In, O) в элементарной ячейке (unit cell), относительный состав, углы/вектора кристаллической решетки (lattice vectors and angles). Также есть данные в формате XYZ - геометрия кристалла, из которой по идее можно извлечь хорошие признаки. Пример файла xyz:
Код:
#=======================================================
#Created using the Atomic Simulation Environment (ASE)
#=======================================================
lattice_vector 9.9520877199999997 -0.0472482400000000 -0.0346579300000000
lattice_vector 0.0403159900000000 8.5511748500000007 -0.0095337700000000
lattice_vector 0.0316403800000000 0.0096659200000000 9.1774391200000007
atom 1.6088879366700000 7.2764162181499996 6.3831551912900002 Ga
atom 6.5849317966699994 7.2527920981499996 6.3658262262900003 Al
atom 3.4357584130499994 1.2597758443300000 1.7946126469900001 Al
atom 8.4118022730499984 1.2361517243300000 1.7772836819900002 Ga
...


Целевые переменные для предсказания:
formation energy (энергия разрыва химической связи)
bandgap energy (ширина запрещенной зоны)

Например, можно сделать признак 'атомарной плотности' (считаем объем элементарной ячейки для данного материала и делим на него количество атомов) - получается признак, который сильно коррелирует с шириной запрещенной зоны (bandgap energy). Также в данные были добавлены элементарные свойства атомов из которых состоят вещества. Из геометрии данные были попытки извлечь признаки, интуитивно подходящие для задачи, но какого-то значимого прироста информации об энергиях они не дают.

Возможно, есть люди, которые хорошо разбираются в физике твердого тела и подскажут гипотезы, которые помогут более точно определить целевые энергии. Может быть кто-то подскажет литературу из которой можно почерпнуть определенные знания. Если где-то я ошибся с переводом на русский - поправьте, пожалуйста.

 Профиль  
                  
 
 Re: Признаки для определения значений ширины запрещенной зоны и
Сообщение06.02.2018, 09:14 
Заслуженный участник
Аватара пользователя


28/04/16
2388
Внутри ускорителя
Про formation energy я бы предположил, что надо в первую смотреть на ближайшее окружение каждого атома (сколько и какие атомы рядом, какие расстояния между центральным атомом и теми, что вокруг).
Для bandgap-а м.б. неполохо было бы приписать каждому атому некоторое электрон-донорное, электрон-акцепторное свойство, а потом находить корреляцию от размера ячейки и распределения в ней электронов по этим кускам (в простейшем случае -- от зарядов в ячейке).

 Профиль  
                  
 
 Re: Признаки для определения значений ширины запрещенной зоны и
Сообщение08.02.2018, 17:34 


05/02/18
2
madschumacher Спасибо от ответ.
1. formation energy. Посчитать расстояния от каждого атома до всех кто с ним связан - можно получить расстояния минимальные, максимальные, средние расстояния метал-метал, метал-кислород. А что еще и как учесть в этом процессе? можно взять химические свойства, например, HOMO/LUMO для каждого атома вокруг и посчитать средние значения для центрального атома с учетом расстояния (пожалуй, неплохая идея). Можно ли дальше раскрыть эту идею?
2. bandgap energy. Мы в принципе можем "навесить" на каждую точку в элементарной ячейке какое-то свойство. Получается некое распределение в пространстве. Что дальше делать - сложный вопрос: я пробовал спроецировать на пространство меньшей размерности и посчитать свойства распределения на нем, но это оказалась не самая удачная идея. Надо учитывать взаимодействие между точками пространства и я не совсем представляю как. Эта идея похожа на предыдущую, но тут описывается более общая структура.

Также у нас известны атомы и с чем соединены, то есть можно учитывать тип связи (а значить в определенной мере учесть прочность связи) и добавить к предыдущим идеям.

 Профиль  
                  
 
 Re: Признаки для определения значений ширины запрещенной зоны и
Сообщение08.02.2018, 18:28 
Аватара пользователя


26/09/16
198
Снегири
Люди, которые хоть немного разбираются в физике твёрдого тела здесь, конечно, есть, но они бы вам прежде всего посоветовали три вещи.

Во-первых, чуть получше узнать, что такое запрещённая зона (потому что их в большинстве случаев больше одной). Ну и сказать поточнее, какая именно нужна. То есть, оксиды третьей группы - это, конечно, широкозонные полупроводники, и скорее всего авторам нужна будет та, что между последней заполненной валентной зоной и первой свободной зоной проводимости. Но если честно, из вашего сообщения это не вполне понятно.
Кроме того, вопрос о том, прямозонные ли это полупроводники пока что открыт (если не считать Ga2O3, для которого зонная диаграмма вполне известна, но с ним всё сложно. Так, минимум расстояния не в точке [000], но прямой переход всего на десятую долю эВ больше непрямого, так что его с некоторой натяжкой причисляют к прямозонным).

Во-вторых, догадаться, что ширина запрещённой зоны зависит от кристаллографического направления. В одну сторону она может быть в полтора раза больше, чем в другую (кремний - типичный пример). Поэтому сводить задачу к двумерной бесполезно и даже вредно. Так вы потеряете важные данные о направлении, в котором хотите узнать расстояние между атомами. К слову, в первом приближении именно от расстояния между атомами ширина запрещённой зоны и зависит. Ну, то есть, ещё от диэлектрической проницаемости и количество электронов на валентной оболочке, но это - мелочи. По сути, тут достаточно знать, как решается уравнение Шредингера для водородоподобной модели - и всё.

Ну и в-третьих, предложить собственные варианты решения. Желательно с формулами или хотя бы алгоритмом, чтобы можно было точно указать на непонятное место.

 Профиль  
                  
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 4 ] 

Модераторы: photon, whiterussian, profrotter, Jnrty, Aer, Парджеттер, Eule_A, Супермодераторы



Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group