【02.18】“青年科技工作者園地”第146次活動(dòng)：數(shù)據(jù)挖掘與高能衍射實(shí)驗(yàn)的云數(shù)據(jù)分析平臺(tái)
“青年科技工作者園地”第146次活動(dòng)
報(bào)告題目：數(shù)據(jù)挖掘與高能衍射實(shí)驗(yàn)的云數(shù)據(jù)分析平臺(tái)（Data Mining and High-Energy Diffraction Data Analysis in the Cloud）
報(bào)告人：楊龍 博士
時(shí)間：2022年2月18日（周五）下午14:00
地點(diǎn)：計(jì)算中心二樓會(huì)議室（東莞同事和同學(xué)通過視頻）
騰訊會(huì)議：964-408-083
摘要：
材料的原子結(jié)構(gòu)與其所表現(xiàn)出的性質(zhì)之間存在構(gòu)效關(guān)系，即結(jié)構(gòu)決定了材料的性質(zhì)。因此，為了更好地調(diào)控性質(zhì)，對(duì)材料的原子結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量分析及三維建模是研究的關(guān)鍵。人們常用的傳統(tǒng)X射線粉末衍射XRD技術(shù)可研究晶體材料的周期性結(jié)構(gòu)。近年來(lái)，基于同步輻射光源等高能衍射的原子對(duì)分布函數(shù)(atomic pair distribution function, PDF)技術(shù)是一種新型局域原子結(jié)構(gòu)建模技術(shù)，不受限于晶體周期性邊界條件，可用于研究晶態(tài)及非晶態(tài)材料的局域結(jié)構(gòu)，如低維納米態(tài)、非定形態(tài)、合金、液態(tài)等，分辨率可達(dá)0.01納米量級(jí)。
此次報(bào)告將首先介紹 PDF衍射實(shí)驗(yàn)的理論背景及其相關(guān)數(shù)據(jù)處理過程，包括同步輻射X射線衍射和散裂源中子衍射。此外，將介紹一種新型的部署在云端服務(wù)器的PDF數(shù)據(jù)分析處理平臺(tái)(https://pdfitc.org)，該平臺(tái)可以幫助科研工作者快速地實(shí)時(shí)分析新型材料的衍射數(shù)據(jù)。在目前版本中，提供了四種不同數(shù)據(jù)分析算法軟件。以其中的結(jié)構(gòu)挖掘算法為例，將詳細(xì)介紹該云計(jì)算平臺(tái)的使用步驟。在實(shí)驗(yàn)采集獲得PDF衍射數(shù)據(jù)后，由于PDF結(jié)構(gòu)建模過程中對(duì)初始模型的精度要求高， 結(jié)構(gòu)篩選長(zhǎng)期以來(lái)是由人工完成的，往往需要耗時(shí)數(shù)天甚至數(shù)周。該算法利用數(shù)據(jù)挖掘方法，結(jié)合開源材料結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行自動(dòng)篩選和回歸擬合，獲得最佳材料結(jié)構(gòu)模型。將過去耗時(shí)數(shù)天的PDF結(jié)構(gòu)建模工作縮短為數(shù)分鐘至數(shù)小時(shí)。該平臺(tái)有望成為今后開展高通量原位衍射實(shí)驗(yàn)及材料基因?qū)W等方向提供數(shù)據(jù)分析支持。
報(bào)告人簡(jiǎn)介：
楊龍博士，2011至2015年本科就讀于復(fù)旦大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院光信息科學(xué)與工程專業(yè)。2015至2021年在美國(guó)哥倫比亞大學(xué)應(yīng)用物理與應(yīng)用數(shù)學(xué)系的材料科學(xué)與工程專業(yè)碩博連讀。同時(shí)在2017至2020年期間為美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室散裂中子源衍射科學(xué)組的聯(lián)合培養(yǎng)博士生。他在博士研究階段，師從于在哥倫比亞大學(xué)及美國(guó)布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室任職的Simon Billinge教授，發(fā)展基于同步輻射X射線和散裂中子源的高能衍射原子對(duì)分布函數(shù)(atomic pair distribution function, PDF)這一新型材料表征技術(shù)。著重研究數(shù)據(jù)挖掘等新型數(shù)據(jù)科學(xué)方法來(lái)解決PDF分析中的篩選最佳材料結(jié)構(gòu)模型等方法論問題。同時(shí)為了更進(jìn)一步地推廣PDF技術(shù)，開發(fā)建立了PDF數(shù)據(jù)分析云服務(wù)平臺(tái)（https://pdfitc.org）及其相應(yīng)的衍射實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，為用戶提供在線數(shù)據(jù)分析及可視化。 該云數(shù)據(jù)分析平臺(tái)可服務(wù)全球科學(xué)家來(lái)研究各類晶態(tài)，非晶態(tài)，及納米態(tài)新型材料的微觀原子局域結(jié)構(gòu)與其宏觀物理性質(zhì)之間的構(gòu)效關(guān)系，加速衍射學(xué)科的發(fā)展。相關(guān)的方法論研究及其應(yīng)用成果寫入了學(xué)術(shù)專著部分章節(jié)1部，由國(guó)際知名學(xué)術(shù)出版商愛思唯爾出版。以第一作者及合作身份發(fā)表十余篇國(guó)際學(xué)術(shù)論文，如Physical Review B, Advanced Materials, Chemistry of Materials等期刊。先后獲得中國(guó)國(guó)家獎(jiǎng)學(xué)金、復(fù)旦大學(xué)望道學(xué)者等榮譽(yù)，并擔(dān)任ACS Applied Nano Materials等國(guó)際學(xué)術(shù)期刊審稿人。
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