自旋電子學(xué)器件通過控制自旋來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲、讀取、運算等功能,是后摩爾時代最具應(yīng)用潛力的器件方向。為實現(xiàn)自旋注入,這類材料應(yīng)為高度自旋極化的磁性材料,且為保證在室溫下的正常使用和工業(yè)上制備可能,應(yīng)具有高于室溫的居里溫度。為了在由過渡金屬組成的Heusler合金中篩選出可應(yīng)用于自旋電子學(xué)器件材料——具有高自旋極化的穩(wěn)定的鐵磁體,本文設(shè)計了一種基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的機器學(xué)習(xí)結(jié)合密度泛函理論計算的材料篩選工作流程。深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法具有超強的函數(shù)擬合能力,使海量材料數(shù)據(jù)處理與分析效率顯著提高。從開放量子材料數(shù)據(jù)庫中收集了約65000種材料、并利用密度泛函計算對3450種材料的自旋極化率進(jìn)行計算,這些數(shù)據(jù)被用作模型訓(xùn)練數(shù)據(jù)集。通過訓(xùn)練,本文獲得了三個深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,并由此預(yù)測出10577種候選材料的晶格常數(shù),形成能和自旋極化率信息。根據(jù)自旋極化率大于0.87和形成能小于80meV/atom的條件,模型篩選出了192種有可能經(jīng)實驗合成且穩(wěn)定存在的高自旋極化率材料。據(jù)先前研究,這些材料中有57種被報告為半金屬,有18種被報告為半導(dǎo)體。特別地,有6種未被報道過的Heusler合金被確定為有前途的半金屬鐵...

【文章頁數(shù)】：71 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
內(nèi)容摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題研究背景、目的及意義
    1.2 自旋電子學(xué)研究發(fā)展歷程
    1.3 機器學(xué)習(xí)在材料科學(xué)中的應(yīng)用
    1.4 本論文的主要研究內(nèi)容
第2章 理論基礎(chǔ)
    2.1 第一性原理計算
        2.1.1 密度泛函理論
        2.1.2 海森堡模型和居里溫度估算
    2.2 機器學(xué)習(xí)算法概述
        2.2.1 數(shù)據(jù)集劃分
        2.2.2 算法選擇
        2.2.3 模型評估
第3章 數(shù)據(jù)獲取、特征選擇及模型訓(xùn)練
    3.1 數(shù)據(jù)集構(gòu)成
        3.1.1 Open Quantum Materials Database
        3.1.2 高通量計算數(shù)據(jù)集
    3.2 描述符的構(gòu)成
    3.3 本文使用算法及模型訓(xùn)練參數(shù)調(diào)節(jié)
第4章 高自旋極化材料搜索及性質(zhì)研究
    4.1 材料性質(zhì)預(yù)測
        4.1.1 晶格常數(shù)預(yù)測
        4.1.2 形成能預(yù)測
        4.1.3 自旋極化率預(yù)測
    4.2 高自旋極化材料搜索過程及其分布規(guī)律
    4.3 結(jié)合第一原理的材料性質(zhì)研究
        4.3.1 居里溫度估算—以Co₂NbAl為例
        4.3.2 Fe₂CrGe應(yīng)力引起的fm\afm轉(zhuǎn)變
第5章 總結(jié)
    5.1 本文結(jié)論
    5.2 本文創(chuàng)新
參考文獻(xiàn)
碩士期間發(fā)表的論文
致謝
附錄
    1.192種穩(wěn)定的高自旋極化Heusler合金列表
    2.描述符中各元素的Pauling電負(fù)性取值



本文編號：3758494