The robust and automated determination of crystal symmetry is of utmost importance in material characterization and analysis. Recent studies have shown that deep learning (DL) methods can effectively reveal the correlations between X-ray or electron-beam diffraction patterns and crystal symmetry. Despite their promise, most of these studies have been limited to identifying relatively few classes into which a target material may be grouped. On the other hand, the DL-based identification of crystal symmetry suffers from a drastic drop in accuracy for problems involving classification into tens or hundreds of symmetry classes (e.g., up to 230 space groups), severely limiting its practical usage. Here, we demonstrate that a combined approach of shaping diffraction patterns and implementing them in a multistream DenseNet (MSDN) substantially improves the accuracy of classification. Even with an imbalanced dataset of 108,658 individual crystals sampled from 72 space groups, our model achieves 80.2% space group classification accuracy, outperforming conventional benchmark models by 17-27 percentage points (%p). The enhancement can be largely attributed to the pattern shaping strategy, through which the subtle changes in patterns between symmetrically close crystal systems (e.g., monoclinic vs. orthorhombic or trigonal vs. hexagonal) are well differentiated. We additionally find that the novel MSDN architecture is advantageous for capturing patterns in a richer but less redundant manner relative to conventional convolutional neural networks. The newly proposed protocols in regard to both input descriptor processing and DL architecture enable accurate space group classification and thus improve the practical usage of the DL approach in crystal symmetry identification.


翻译:对晶体对称的稳健和自动确定在材料定性和分析中至关重要。最近的研究显示,深度学习方法(DL)能够有效地揭示X射线或电子波束对称模式和水晶对称模式之间的相互关系。尽管这些研究有希望,但大多数都局限于确定相对较少的类别,可以将目标材料分组。另一方面,基于DL对晶体对称的识别在将水晶对称分类成数十或数百个对称类别(例如,高达230个空间组)时,准确度急剧下降,严重限制其实际使用。在这里,我们表明,在多流DenseNet(MSDN)中,形成偏差模式的结合方法大大提高了分类的准确性。即使从72个空间组中取样了108,658个个体晶体,我们的模型也达到了80.2%的空间组分类准确性精确度,比常规基准模型的精确度高出17-27个百分点(p)。 改进可以在很大程度上归因于构建模型的精确度(nellal-230个空间组)模式的结合方法,从而使得稳定的Doria-coria-coral oral oral oral orma) 方法在正态系统中可以使稳定的对等化的系统进行更精确的精确的系统进行。

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