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凝聚态物理 > 材料科学

arXiv:2411.02579v1 (cond-mat)
[提交于 2024年11月4日 ]

标题: EOSnet:用于预测材料性质的图神经网络中的嵌入重叠结构

标题: EOSnet: Embedded Overlap Structures for Graph Neural Networks in Predicting Material Properties

Authors:Shuo Tao, Li Zhu
摘要: 图神经网络(GNNs)已成为预测材料性质的强大工具,但它们往往难以捕捉多体相互作用,并且需要大量的手动特征工程。 在此,我们提出EOSnet(用于图神经网络的嵌入重叠结构),这是一种新方法,通过在GNN架构中将高斯重叠矩阵(GOM)指纹作为节点特征,解决了这些限制。 与依赖显式角度项或人工设计特征的模型不同,EOSnet通过轨道重叠矩阵高效地编码多体相互作用,提供了原子环境的旋转不变且可转移的表示。 该模型在各种材料性质预测任务中表现出色,在对多体相互作用敏感的性质上取得了特别显著的结果。 对于带隙预测,EOSnet的平均绝对误差为0.163 eV,超过了之前最先进的模型。 该模型在预测机械性质和分类材料方面也表现出色,金属/非金属分类的准确率为97.7%。 这些结果表明,将GOM指纹嵌入节点特征可以增强GNN捕捉复杂原子相互作用的能力,使EOSnet成为材料发现和性质预测的强大工具。
摘要: Graph Neural Networks (GNNs) have emerged as powerful tools for predicting material properties, yet they often struggle to capture many-body interactions and require extensive manual feature engineering. Here, we present EOSnet (Embedded Overlap Structures for Graph Neural Networks), a novel approach that addresses these limitations by incorporating Gaussian Overlap Matrix (GOM) fingerprints as node features within the GNN architecture. Unlike models that rely on explicit angular terms or human-engineered features, EOSnet efficiently encodes many-body interactions through orbital overlap matrices, providing a rotationally invariant and transferable representation of atomic environments. The model demonstrates superior performance across various materials property prediction tasks, achieving particularly notable results in properties sensitive to many-body interactions. For band gap prediction, EOSnet achieves a mean absolute error of 0.163 eV, surpassing previous state-of-the-art models. The model also excels in predicting mechanical properties and classifying materials, with 97.7\% accuracy in metal/non-metal classification. These results demonstrate that embedding GOM fingerprints into node features enhances the ability of GNNs to capture complex atomic interactions, making EOSnet a powerful tool for materials discovery and property prediction.
主题: 材料科学 (cond-mat.mtrl-sci)
引用方式: arXiv:2411.02579 [cond-mat.mtrl-sci]
  (或者 arXiv:2411.02579v1 [cond-mat.mtrl-sci] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2411.02579
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
期刊参考: J. Phys. Chem. Lett. 16, 717 (2025)
相关 DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.4c03179
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来自: Li Zhu [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2024 年 11 月 4 日 20:22:28 UTC (8,146 KB)
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