이 시리즈의 목표는 중고등학생 수준으로 각종 논문을 읽어보고 이해하는 것에 있습니다. 이를 통하여 점진적으로 전문 용어와 개념에 익숙해지고자 합니다. 따라서 자세한 부분에서 틀린 부분이 있거나 전문적이지 않을 수 있습니다. 필요한 부분은 따로 더 집중적으로 다룰 예정입니다. 또한 영어-한국어의 번역이 매끄럽지 않을 수 있습니다. 영어적 표현에 익숙해지는 과정으로 보기를 바랍니다. 논문의 완전한 번역보다는 이해를 위한 발최 의역을 기본으로 합니다.
안정적인 결정 발견(Discovered stable crystals)
알아야 할 간단한 정의
- n원 물질: n개의 물질(원자)로 이루어질 물질
조금 자세한 정의
- 볼록체 (Convex Hull): 열역학적 안정성과 위상 다이어그램을 연구하기위한 개념. 예를 들어 동일한 성분(원자들)로 이루어진 물질이 있다고 할때, 그 비율, 구조, 온도, 압력 등 조건과 환경 등에 따라서 다양한 에너지를 가질 수 있다. 문제는, 우리는 아직까지 모든 조건에 대해 지식을 가지고 있지 않다는 것이다. 따라서 우리가 알고 있는 지식을 기반으로 각 물질별 안정화 에너지 도표를 제작하고 이 점들을 이는 것을 볼록체(convex hull)라고 한다. 볼록체는 단순한 2차원 그래프가 아닌 다양한 차원을 가질 수 있습니다. 즉, 새로운 물질, 변수에 대하여 새로운 값이 나온다면 볼록체는 새롭게 수정된다. 기존의 볼록체 아래의 지점을 발견한다면, 기존에 알려진 것 보다 에너지가 낮음으로 볼록체는 새로운 지점을 연결함으로써 수정된다. 높은 값이라면 기존의 볼록체는 유지된다. youtube 자료
내용
그림2. a. 원소 개수별 발견한 안정적인 결정의 수. 4개 이상의 원소들이 들어가면 사람보다 더 뛰어난 성능을 보인다. b. 4개의 원소들로 이루어진 구조들의 상분리 에너지는 기존과 유사한 패턴을 보이지만, 그 개수는 더 많습니다. c. 발견된 안정된 결정은 XtalFinder로 측정한 45,500개의 새로운 프로토 타입에 해당합니다. d. SCAN을 이용한 검증에 따르면, 발견된 2개나 3개의 원자로 이루어진 결정 중 84%는 더 정확한 음의 상 분리를 유지합니다.
220만개의 새롭개 발견된 결정 구조들 중에 38,1000개가 새롭개 발견된 물질로 업데이트된 볼록체(convex hull)에 존재합니다.
구조 예측에 대한 다른 문헌에 따르면, GNoME는 향후에 볼록체에 많은 영향을 미칠 수 있습니다. 이는 OQMD와 재료 프로젝트에서 5,000개 이상의 안정적인 물질을 바꾸는 것과 유사한 효과를 미칠 수 있다는 것입니다. 그림 1과 2에는 GNoME에서 발견한 물질과 앞으로의 성장성에 대한 요약이 들어가 있습니다.
프로토 타입 분석을 통한 클러스터링은 다양한 결정의 발견을 지원합니다. 이는 그림 2c에 45,500개 이상의 새로운 프로토 타입으로 표현되어 있습니다. 이는 전체 치환이나 프로토타입 열거로는 이루어 낼 수 없는 결과 입니다.
그림 2b에 표현된 상-분리에너지(분해 엔트로피)는 기존의 데이터들과 상대적인 차이(거리)를 나타냅니다. 이 분포의 유사성은 단순하게 볼록체에 데이터를 추가만 하는 것이 아니라, 경쟁하는 상에 대해 의미있게 안정적이라는 것을 의미합니다. 추가 정보는 보충자료3을 확인하세요.
실험적 매칭과 SCAN을 이용한 검증 (Validation through experimental matching and SCAN)
GNoME에서 생성된 후보 물질들은 지속적으로 실험적으로 생성되고 검증되어야 했습니다. 이를 통해 ICSD에 수집된 실험 구조 중 736개의 구조가 GNoME을 통해 독립적으로 얻은 것과 일치하였습니다. 마찬가지로 스냅샷 이후 물질 프로젝트 (Materials Project)에 추가된 3,182개의 구성 중 2,202개의 구성이 GNoME 데이터베이스에서 사용이 가능하며 91%의 구조가 일치합니다.
모델 기반 탐색이 시뮬레이션 매개변수에 과적합하지 않도록 예측을 검증합니다. 표준 프로젝터 증강파(projector augmented wave, PAW)-퍼듀-버크-에른저호프(PBE) 전위는 대규모 발견에 적합한 속도와 정확도의 절충점을 제공했습니다. 하지만, SCAN함수는 더 정확한 메타 일반화된 기울기 근사치를 제공합니다. 발견된 2원물질과 3원물질의 84%도 음의 상분리 에너지를 나타냅니다. 테스트된 4원물질의 86.8%는 SCAN 볼록 선체에서도 안정적으로 유지됩니다. PBE와 SCAN 에너지 사이의 불일치는 부록2에서 다루고 있습니다.
관심있는 구성군 (Composition families of interest)
상업적으로 관심이 있을만한 구성에 대한 분석. 전자 및 에너지 저장 (베터리)에 유망한 구조를 기존 1,000개에서 52,000개로 증가시켰다. 유망한 리튬 이온 전도체를 528개 (기존의 25배) 발견하였고, 리튬/망간 전이 금속 산화물(새로운 베터리)로 유먕한 구조 15개 (기존 9개)를 발견하였습니다.
