Projekta nosaukums: Mašīnmācīšanās starpatomisko potenciālu apvienošana ar rentgenstaru absorbcijas spektroskopiju: funkcionālo oksīdu struktūras un īpašību noteikšana
Pētniecības pieteikuma nr: 1.1.1.9/LZP/1/24/016
Projekta ilgums: 01.03.2025.-29.02.2028.
Projekta vadītājs: Pjotrs Žguns
Kopējais finansējums: 185 510 EUR
Eiropas Reģionālās attīstības fonda (ERAF) finansējums: 157 683.50 EUR
LU CFI finansējums: 9275,50 EUR
Projekta kopsavilkums:
Funkcionālajiem materiāliem, piemēram, fotohroniskiem un termohroniskiem oksīdiem, piemīt plašs funkcionālo īpašību klāsts, padarot tos īpaši interesantus praktiskai izmantošanai. Tomēr šo materiālu struktūras un īpašību savstarpējās sakarības izpratne ir bijusi izaicinoša un joprojām ir aktuāls pētniecības jautājums. Šajā projektā mēs piedāvājam risināt šo problēmu, izmantojot lokāli jutīgu rentgena absorbcijas spektroskopiju, īpaši paplašinātās rentgena absorbcijas sīkstruktūras (EXAFS) metodi, kā arī molekulārās dinamikas (MD) simulācijas, kas balstītas uz mašīnmācīšanās starpatomu potenciāliem (MLIPs). Lai gan EXAFS spektroskopija ir spēcīgs eksperimentāls instruments lokālās atomārās struktūras izpētei, tās spektru analīze nereti ir neskaidra un sarežģīta. Lai šo problēmu pārvarētu, mēs izmantosim ekonomiski efektīvas MD simulācijas, kuru pamatā ir MLIPs un kas nodrošina ab initio precizitāti. Šīs simulācijas ļaus ģenerēt teorētiskos EXAFS spektrus un salīdzināt tos ar eksperimentālajiem datiem par funkcionālajiem oksīdiem. Projekta rezultāti sniegs jaunu ieskatu fotohronisko un termohronisko oksīdu atomu līmeņa struktūrā, veicinot to īpašību turpmāku uzlabošanu.
PROJEKTA PROGRESS
Laika periods: 01.03.2025. – 31.08.2025.
Pirmajos sešos projekta mēnešos mēs parādījām, ka izmaksu ziņā efektīvie universālie mašīnmācīšanās starpatomu potenciāli (uMLIP) spēj iegūt augstas kvalitātes teorētiskos EXAFS spektrus, izmantojot molekulāro dinamiku (MD), un validējām šo pieeju, salīdzinot ar eksperimentālajiem datiem. Mēs arī demonstrējām, ka eksperimentālie EXAFS dati var kalpot par etalonu uMLIP novērtēšanai un palīdzēt izvēlēties datu kopu uMLIP precizēšanai, izmantojot EXAFS augsto jutību pret termisko nesakārtotību. Šie rezultāti nodrošina pamatu arvien plašākā uMLIP klāsta salīdzināšanai un, pateicoties to izmaksu efektivitātei, veicinās plašāku MD pielietojumu EXAFS interpretācijāi — galu galā uzlabojot spektru analīzes precizitāti un ticamību. Sīkākai informācijai, lūdzu, skatiet mūsu neseno publikāciju:
P. Žguns, I. Pudža, A. Kuzmin, Benchmarking CHGNet Universal Machine Learning Interatomic Potential against DFT and EXAFS: The Case of Layered WS2 and MoS2, J. Chem. Theory Comput., accepted (2025), https://doi.org/10.1021/acs.jctc.5c00955
Šie rezultāti tika prezentēti divās konferencēs:
1) Machine Learning for Materials Discovery, Aalto, Somija, 2025. gada 5.–8. maijs (mutiska prezentācija);
2) AI4x, Singapūra, 2025. gada 8.–11. jūlijs (posteris).
Posteris ieguva 1. vietas balvu AI4x, pasaules lielākajā mākslīgā intelekta konferencē, kas revolucionē dabaszinātnes.
Man bija arī gods piedalīties Grotthuss konferencē (Viļņa, 4.–6. jūnijs) un sniegt uzaicināto lekciju par ātriem cietvielu skābes protonu vadītājiem. Viens no galvenajiem manas lekcijas punktiem bija demonstrācija, kā izmaksu ziņā efektīvie MLIP paātrina materiālu modelēšanu.
Turklāt es piedalījos ceremonijā, kas veltīta Theodora Grotthussa mantojuma pieminēšanai, kurā Eiropas Ķīmijas biedrība atklāja piemiņas plāksni, izceļot viņa mājas laboratoriju Žeimelī (Lietuva). Grotthuss, viens no elektrokīmijas dibinātājiem, saņēma izcilu izglītību un apmācību Eiropas vadošajās universitātēs, kur viņš veica arī pionierdarbus. Atgriežoties dzimtenē, viņš turpināja eksperimentus savā muižā, kas atrodas aptuveni 200 km uz ziemeļiem no Viļņas un 100 km uz dienvidiem no Rīgas. Atklāšanas runā profesors Ričards Komptons (Oksforda) uzsvēra Grotthussa nozīmīgo ieguldījumu elektrokīmijā un ilustrēja, kā viena cilvēka aizrautība var virzīt zinātnisko progresu. Mūsdienās improvizētā, izglītībai orientētā Grotthussa laboratorija Žeimeles centrā piesaista skolas bērnus no apkārtējām vietām un cenšas iedvesmot viņu interesi par STEM (zinātne, tehnoloģijas, inženierzinātnes un matemātika), veicinot zinātkāri un inovācijas.
Šajā periodā es arī ieguvu praktiskas zināšanas par EXAFS un apmeklēju DESY sinhrotronu (Hamburga), iegūstot vērtīgu ieskatu par to, kā eksperimenti tiek veikti sinhrotrona līnijā.
