來源：ScienceAI本文約2600字，建議閱讀5分鐘本文簡要討論了?ChatGPT?可能應(yīng)用于計算材料科學(xué)的?3?個方面，即生成結(jié)構(gòu)、計算材料軟件編程，數(shù)據(jù)可視化等。

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已火爆全球，它可以完成一系列具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，比如撰寫論文、編程、作曲、繪畫等。

但 在計算材料科學(xué)中的潛在應(yīng)用還有待討論。

近日，浙江大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院洪子健在《 》發(fā)表題為「 for : A 」（《用于計算材料科學(xué)的 ：一個 》）的展望文章。

作者簡要討論了 可能應(yīng)用于計算材料科學(xué)的 3 個方面，即生成結(jié)構(gòu)、計算材料軟件編程，數(shù)據(jù)可視化等。

研究發(fā)現(xiàn)，雖然 在嘗試完成一般任務(wù)時可能會犯一些簡單的錯誤chatgpt科學(xué)計算，但其具有在人類交流過程中「學(xué)習(xí)」的能力。同時，現(xiàn)階段 仍存在如下問題：輸出的一致性、隱藏錯誤和倫理問題等。作者希望這一觀點能夠激發(fā)人們對 在計算材料科學(xué)中的潛在應(yīng)用的進一步興趣。

論文鏈接：

最近在社交媒體和科學(xué)界引起了極大的關(guān)注。它可以完成許多過去認為是人類智能的工作，如寫作，編程，作曲等。

洪子健說：「作為一名計算材料科學(xué)家，我總是渴望擁抱新工具，特別是計算機科學(xué)和人工智能領(lǐng)域的新工具。自從新的 誕生以來，我想知道這樣一個工具是否可以幫助我們進行計算材料科學(xué)。」

機器學(xué)習(xí)是計算機科學(xué)中的一種革命性工具，已廣泛應(yīng)用于計算材料科學(xué)的各個領(lǐng)域，例如預(yù)測材料特性、圖像識別和處理等。從這個角度，將簡單討論： 能為計算材料科學(xué)做些什么？如何利用這樣的工具來幫助我們進行科學(xué)計算？ 將來會取代計算材料科學(xué)家嗎？

生成結(jié)構(gòu)

首先，構(gòu)建模型或結(jié)構(gòu)是計算材料科學(xué)的第一步。以密度泛函理論（DFT）為例，構(gòu)建合適的分子或晶體結(jié)構(gòu)是計算的第一步。首先，讓 幫助我們構(gòu)建原子結(jié)構(gòu)。假設(shè)想通過 DFT 研究鋰金屬表面（電池和能源科學(xué)中最重要的表面之一），則需要構(gòu)建鋰金屬 Slab 模型。

為此，作者在今年 2 月 20 日詢問了 ：「Can you a cif for Slab?」 （你能幫我生成一個鋰 Slab 的 cif 文件嗎？）」 ，它給出了一串代碼，畫出的結(jié)果如圖 1A 所示。這個更像是鋰的單胞而不是 Slab。進一步詢問：「 Can you to 16 ?」（「你能擴展到 16 個原子嗎？」），然后，它會生成一個奇怪的輸出，結(jié)果出來一個內(nèi)含有 16 個隨機分布原子的結(jié)構(gòu)（圖 1B）。

圖 1：利用 給出的代碼生成的一些鋰金屬結(jié)構(gòu)。（來源：論文）

有趣的是，當作者在最初提交手稿 20 天后再次問同樣的問題時，輸出完全不同。它表示自己作為一個 AI 模型，不能生成 cif 文件，而是給出一些使用 或 的建議，或在晶體學(xué)開放數(shù)據(jù)庫 (COD) 和無機晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫 (ICSD) 中搜索預(yù)生成的 cif 文件。有時，它可能還會提供不正確的示例 cif 文件。

然而，如果作者通過輸入「 is bcc, can you a cif for slab」（「鋰是 bcc，你能幫我生成一個鋰 Slab 的 cif 文件嗎？） 來提供更多信息，例如晶體結(jié)構(gòu)，那么它將生成體心立方 (BCC) 晶格，如圖 1 C 所示。可以進一步要求它擴展到 16 個原子，如圖 1D 所示。

這個例子表明，盡管 有時候沒法得到完全正確的結(jié)果，它會給我們一些提示。當我們給它更多信息的時候，它具有從我們的信息中「學(xué)習(xí)」的能力。

為特定科學(xué)軟件編寫代碼

下一步是編寫特定腳本，用于在特定科學(xué)計算軟件上運行模擬。想象一下chatgpt科學(xué)計算，要使用開源 DFT 軟件 GPAW 對 bulk 硅（一種廣泛應(yīng)用于光伏和半導(dǎo)體器件的重要材料）進行能帶結(jié)構(gòu)計算。

可以問 ：「can you a GPAW code for the band of Si」（「你能寫一個計算 Si 能帶結(jié)構(gòu)的 GPAW 代碼嗎」）；它會給你一個看起來非常類似于我們在 GPAW 官方網(wǎng)站上可以找到的代碼，盡管它會使用不正確的屬性，例如「gpaw.Cell」和「gpaw.」。（2023 年 2 月 20 日）

值得注意的是，如果作者進一步問：「can you a GPAW code for the band of SiO2」（「你能寫一個計算 SiO2 能帶結(jié)構(gòu)的 GPAW 代碼嗎」），它會假設(shè)之前的代碼是正確的，并通過簡單地用 SiO2 替換 Si 并改變晶格參數(shù) a 來生成新代碼，忽略了 SiO2 的穩(wěn)定構(gòu)型不是立方體這一事實。

令人驚訝的是，當作者在 20 天后執(zhí)行類似的請求時，會獲得不同的輸出，其中 Si 的大部分代碼是正確的，這將正確地進行結(jié)構(gòu)最小化并給出優(yōu)化的 Si 晶胞的輸出。但是，它也會給出一個不存在的名為「calc.」的錯誤屬性。然后，作者嘗試通過輸入 「 use calc. 's no 」（「請使用 calc.，因為沒有屬性 」來「教」 沒有名為「calc.」的屬性），它會立即更正此錯誤。

而對于 SiO2，作者在 2023 年 3 月 10 日訪問 時也得到了新的輸出，它使用「方英石」作為 SiO2 的默認結(jié)構(gòu)，不同的 250 eV ecut（與 Si 的 150 eV）和不同的 （ 「G」、「M」、「X」、「R」、「G」），表明機器人已經(jīng)進化到一定程度，它知道改變一些輸入?yún)?shù)。然后可以通過輸入「教」它改變?yōu)槭⒔Y(jié)構(gòu)：「SiO2 的晶體結(jié)構(gòu)是石英」；然后，將生成石英相中的 SiO2 bulk 結(jié)構(gòu)。

數(shù)據(jù)可視化

最后一步是數(shù)據(jù)可視化。作者選取了一個簡單的例子「Can you a for 3 plot with , do the from data.dat」 （你能否用 寫一個三維矢量圖的腳本，從 data.dat 中進行繪圖？）。它給出一個使用「」函數(shù)來做三維矢量圖的代碼；但是數(shù)據(jù)維度 (x, y, z)不正確，應(yīng)該寫成(x, y, z, u, v, w)。然后，作者嘗試通過輸入：「The data.dat has six , the is the , can you do the 」（「data.dat 有六個維度，前三個維度是坐標，你能再畫一遍嗎？」），這時，它就可以給出一個簡單的正確作圖程序。簡單數(shù)據(jù)作圖結(jié)果如圖 2 所示。

圖 2：基于 給出的代碼利用 做出的三維箭頭圖。（來源：論文）

未來展望

總的來說， 已經(jīng)有了非常強大的能力，可以幫助我們進行計算材料科學(xué)。使用 這樣的工具的好處可以概括為：

(a) 使用非常簡單方便，只需要打幾個字，不用看說明書，對初學(xué)者特別友好；

(b) 在專家的指導(dǎo)下，它能夠從交互中「學(xué)習(xí)」并自行糾正錯誤，并能夠正確地執(zhí)行任務(wù)；

(c) 即使 不知道確切的答案，它也可以給我們一些提示或建議，告訴我們應(yīng)該尋找哪種工具來解決我們的問題。

同時， 仍然有很大的改進空間，可以更好地幫助我們進行計算材料科學(xué)：

(a) 輸出結(jié)果取決于 的版本和訪問時間，無法保證結(jié)果的穩(wěn)健性。

(b) 它可能會生成一些對初學(xué)者來說看起來非常專業(yè)的東西chatgpt科學(xué)計算，但如果沒有經(jīng)過適當?shù)挠?xùn)練，它可能會在代碼中犯下非常簡單的錯誤，甚至可以用以前的知識或訓(xùn)練的簡單替換來欺騙我們。因此，我們在此階段應(yīng)始終謹慎使用它；正確的計算仍然需要人為干預(yù)和檢查。

(c) 應(yīng)該關(guān)注倫理問題。一些大學(xué)對使用 有特定的政策/禁令，例如，在撰寫論文時。

但是，作者相信并主張這些限制可能不適用于在計算材料科學(xué)中使用 。隨著 等新工具的出現(xiàn)，計算材料科學(xué)即將發(fā)生變革。

參考內(nèi)容：

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