Two dimensional (2D) materials have emerged as promising functional materials with many applications such as semiconductors and photovoltaics because of their unique optoelectronic properties. While several thousand 2D materials have been screened in existing materials databases, discovering new 2D materials remains to be challenging. Herein we propose a deep learning generative model for composition generation combined with random forest based 2D materials classifier to discover new hypothetical 2D materials. Furthermore, a template based element substitution structure prediction approach is developed to predict the crystal structures of a subset of the newly predicted hypothetical formulas, which allows us to confirm their structure stability using DFT calculations. So far, we have discovered 267,489 new potential 2D materials compositions and confirmed twelve 2D/layered materials by DFT formation energy calculation. Our results show that generative machine learning models provide an effective way to explore the vast chemical design space for new 2D materials discovery.


翻译:两维(2D)材料因其独特的光电子特性而成为许多应用如半导体和光电等有希望的功能性材料。虽然在现有的材料数据库中筛选了几千个2D材料,但发现新的2D材料仍是一项挑战。在这里,我们提出一个与随机森林2D材料分类器相结合的制作成分的深层次学习基因模型,以发现新的假设2D材料。此外,还开发了一个基于模板的元素替代结构预测方法,以预测新预测的假设公式的一组的晶体结构,使我们能够利用DFT计算来确认其结构的稳定性。迄今为止,我们发现了267,489个新的2D潜在材料组成,并证实了DFT编组能源计算得出的12,2D/制材料。我们的结果表明,基因化机器学习模型为探索2D材料新发现的巨大化学设计空间提供了有效方法。

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