Et nyt paradigme for materialeidentifikation baseret på grafteori

Materials Genome Initiative (MGI) og National Materials Genome Project er blevet lanceret af amerikanske og kinesiske regeringer i det sidste årti. Et af hovedmålene med disse missioner er at lette identifikation af materialedata for at fremskynde materialeopdagelse og -udvikling. Nuværende metoder lover kandidater til at identificere strukturer effektivt, men har begrænset evne til at håndtere alle strukturer nøjagtigt og automatisk i den store materialedatabase, fordi forskellige materialeressourcer og forskellige målefejl fører til variation af bindingslængde og bindingsvinkel.

Feng Pan og hans kolleger, fra Peking Univerisy Shenzhen Graduate School, foreslå et nyt paradigme baseret på grafteori (GT-skema) for at forbedre effektiviteten og nøjagtigheden af ​​materialeidentifikation, som fokuserer på at behandle det "topologiske forhold" snarere end værdien af ​​bindingslængde og bindingsvinkel mellem forskellige strukturer.

I GT-ordningen, forskerne forenklede først krystalstrukturer til en graf, som kun består af spidser og kanter, hvor atomer er forenklet som hjørner og tilstødende atomer med de egentlige kemiske bindinger er "forbundet" med kanter. Hvis de topologiske forbindelser i de forenklede grafer mellem to strukturer er de isomorfe, GT-ordningen vil betragte dem som én struktur. Ved at bruge denne metode, automatisk deduplikering for database med store materialer opnås for første gang, som identificerer 626, 772 unikke strukturer fra 865, 458 originale strukturer.

I øvrigt, GT-ordningen er blevet ændret for at løse nogle avancerede problemer, såsom at identificere stærkt forvrængede strukturer, at skelne strukturer med stærk lighed og klassificere komplekse krystalstrukturer i materialers big data. Sammenlignet med de traditionelle strukturkemimetoder, GT-ordningen kan løse disse problemer meget lettere, hvilket øger effektiviteten og pålideligheden af ​​materialeidentifikation.

Ved at bruge denne kunstige intelligente teknik, forskerne forsøger at opnå high-throughput beregninger, forberedelse og detektion til materialedatabasen. GT-ordningen undergraver de traditionelle materialeforskningsmetoder og fremskynder udviklingen inden for materialeforskningsområdet.