科技日報(bào)記者 張夢然

美國麻省理工學(xué)院領(lǐng)銜的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一項(xiàng)AI新技術(shù)來加速量子材料發(fā)現(xiàn)。這項(xiàng)技術(shù)生成了超過一千萬個(gè)具有阿基米德晶格特征的“候選者”，密歇根州立大學(xué)和普林斯頓大學(xué)團(tuán)隊(duì)從中合成了兩種具有奇異磁性行為的化合物。相關(guān)成果發(fā)表于新一期《自然·材料》雜志上。

近年來，谷歌、微軟和Meta等科技巨頭開發(fā)的生成式AI已幫助人們設(shè)計(jì)出數(shù)千萬種新材料。然而，當(dāng)面對奇異量子特性的材料時(shí)，這些模型往往力不從心。此外，人們在探索如量子自旋液體這類有望推動量子計(jì)算革命的材料時(shí)，進(jìn)展十分緩慢——十年研究僅識別出十余種候選材料。這一瓶頸嚴(yán)重制約了技術(shù)突破所需的新材料發(fā)現(xiàn)。

為此，團(tuán)隊(duì)開發(fā)了名為SCIGEN的計(jì)算框架。SCIGEN是一種可集成到生成式AI模型中的代碼系統(tǒng)，能確保模型在每一步生成過程中都遵守用戶設(shè)定的幾何規(guī)則。團(tuán)隊(duì)將SCIGEN應(yīng)用于一種流行材料生成模型，并設(shè)定其目標(biāo)為生成具有阿基米德晶格結(jié)構(gòu)的材料。阿基米德晶格因能引發(fā)多種量子現(xiàn)象而備受關(guān)注。更重要的是，某些阿基米德晶格可模擬稀土元素的電子行為，卻無需依賴稀缺資源，因而具備重要應(yīng)用前景。

在SCIGEN的引導(dǎo)下，模型生成了超過一千萬個(gè)具有阿基米德晶格特征的候選材料。經(jīng)過初步穩(wěn)定性篩選，保留下來約一百萬種材料。團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步從其中抽取26000種，利用橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的超級計(jì)算機(jī)進(jìn)行高精度模擬，分析其原子層面的磁性行為。結(jié)果顯示，其中41%的結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出磁性特征，表明其具備進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)探索的價(jià)值。

基于這些計(jì)算結(jié)果，密歇根州立大學(xué)和普林斯頓大學(xué)團(tuán)隊(duì)成功合成了兩種此前未被發(fā)現(xiàn)的化合物：TiPdBi和TiPbSb。后續(xù)實(shí)驗(yàn)確認(rèn)，這些材料的實(shí)際性能與AI的預(yù)測高度吻合，驗(yàn)證了該方法的可行性與準(zhǔn)確性。

團(tuán)隊(duì)表示，這一方法為實(shí)驗(yàn)科學(xué)家提供了成百上千的新“候選者”，顯著加快了研究進(jìn)程，也打開了通往大量前沿材料的大門。

總編輯圈點(diǎn)

當(dāng)AI嚴(yán)格遵循用戶設(shè)定的規(guī)則，按照用戶期待的目標(biāo)進(jìn)行材料設(shè)計(jì)，一位不知疲倦且精通量子物理規(guī)則的“設(shè)計(jì)師”就誕生了。過去，我們對具有量子特性新材料的尋找進(jìn)度緩慢，十幾年也就發(fā)現(xiàn)了十幾種候選。此次，研究團(tuán)隊(duì)讓模型一口氣生成了千萬個(gè)具有特定特征的材料。當(dāng)然，在1000萬種可能中進(jìn)行后續(xù)進(jìn)一步篩選也是個(gè)技術(shù)活。這次他們成功合成了兩種具有預(yù)期性能的化合物。AI的幫助，為我們研究奇異的量子現(xiàn)象提供了廣闊天地。