HiMatGen katta til modeli (large language model, LLM) agentlarini materiallar dizaynida ierarxik jamoaviy mulohaza yuritish orqali muvofiqlashtiradigan hisoblash tadqiqot doirasidir. Tadqiqotda GPT-5.6 Terra asosidagi 100 tadqiqotchi agent o‘nta ilmiy sohaga taqsimlangan; kichik munozara podlari, pod rahbarlari va ilmiy vositalardan foydalana oladigan doimiy soha vakillari orqali nomzod kristall tuzilmalar ishlab chiqilgan. Oltita belgilangan kimyoviy tizimda HiMatGen jami 220 yakuniy kristall nomzodini yaratgan va har bir tizim uchun o‘rtacha 36,67 nomzodga erishgan. Asosiy 0,10 eV/atom energy-above-hull chegarasida har bir tizim uchun o‘rtacha 8,00 barqaror, noyob va yangi (stable, unique and novel; SUN) tuzilma saqlab qolingan. Xuddi shu taqqoslashda vositalardan foydalanuvchi GPT-6 Astra yagona agenti har bir tizim uchun 19,00 yakuniy nomzod va 4,83 SUN tuzilma ishlab chiqargan. Biroq bu natijalar tajribada sintez qilingan yangi materiallarni anglatmaydi; nomzodlar yuqoriroq aniqlikdagi hisob-kitoblar va tajribalar bilan tasdiqlanishi kerak.

HiMatGenning asosiy g‘oyasi shunchaki ko‘p sonli agentlarni ishga tushirish emas. Doirada tadqiqotchilar avval mustaqil g‘oyalarni ishlab chiqadi, so‘ng besh kishilik mahalliy podlarda muqobillarni muhokama qiladi. Har bir ilmiy sohadagi ikki pod rahbari raqobatchi takliflar va e’tirozlarni solishtiradi. Doimiy soha vakillari bu takliflarni kristall tuzilmani tahrirlash, Materials Project so‘rovlari, MACE va CRISP modellari bilan baholash, sintez yozuvlarini ko‘rib chiqish va adabiyotlarni qidirish kabi vositalar bilan o‘rganadi. Olingan hisoblash dalillari va hal qilinmagan savollar tadqiqotchilarga qayta yuboriladi. Shunday qilib, axborot faqat yuqoriga qarab umumlashtirilmaydi; vosita natijalari pastga qarab qayta aloqa sifatida uzatilib, yangi tuzilmalar va nazorat dizaynlarining yaratilishiga ta’sir qiladi.

Tadqiqot shuningdek uchta qo‘shma xususiyat-cheklov dizayn vazifasini o‘rgangan. Yengil va qattiq material vazifasida maqsad hajm moduli K ≥ 80 GPa va zichlik ρ ≤ 3,0 g/cm³; qo‘rg‘oshinsiz galogenid vazifasida 1,5–2,5 eV taqiqlangan zona oralig‘i; yuqori dielektrik doimiyli keng taqiqlangan zonali material vazifasida esa κ ≥ 20 va E_g ≥ 3,0 eV deb belgilangan. HiMatGen bu uch vazifada mos ravishda 2, 17 va 6 ta maqsadni qanoatlantiruvchi SUN tuzilma yaratgan. Natijalar ierarxik tashkil etish bir xil model bilan ishlovchi yagona agent va mustaqil generatsiya nazoratlariga nisbatan afzallik berishi mumkinligini, kuchliroq yagona agentlarga nisbatan afzallik esa vazifaga bog‘liqligini ko‘rsatadi.

Aloqani masshtablash tajribasida 100 tadqiqotchi va ikki munozara turi uchun besh kishilik mahalliy podlar 800 ta yo‘naltirilgan hisobot yetkazib berishni talab qilgan bo‘lsa, hamma bir-biri bilan hisobot almashgan to‘liq munozara 19.800 ta yetkazib berishni talab qilgan. Munozara bosqichidagi jami kirish va chiqish token sarfi HiMatGenda taxminan 2,52 million, to‘liq munozarada esa taxminan 55,44 million bo‘lgan. Buning evaziga HiMatGenning boshidan oxirigacha ishlash vaqti uzunroq; oltita kimyoviy tizim bo‘yicha o‘rtacha trayektoriya davomiyligi 93,22 daqiqadir. Shu sababli manba ierarxik yondashuvni ham yaxshiroq, ham tezroq usul sifatida taqdim etmaydi; asosiy murosa kengroq tadqiqot bilan uzoqroq ishlash vaqti o‘rtasidadir.

Materiallar dizaynidagi asosiy muammo nima?

Yangi materialni loyihalashda ko‘pincha bitta xususiyatni oshirishning o‘zi yetarli bo‘lmaydi. Material mexanik jihatdan qattiq bo‘lishi istalgan paytda uning zichligi past bo‘lishi kerak bo‘lishi mumkin; optoelektronik material mos taqiqlangan zona oralig‘iga ega bo‘lishi bilan birga zaharli elementlarni o‘z ichiga olmasligi kerak bo‘lishi mumkin; yuqori dielektrik javob maqsad qilinganda ayni material elektron jihatdan izolyator bo‘lib qolishi talab qilinishi mumkin.

Bunday maqsadlar bir-biriga zid kelishi mumkin. Kimyoviy o‘zgarish kerakli funksional xususiyatni yaxshilashi bilan birga termodinamik barqarorlikni yomonlashtirishi, yangi nuqsonlar yaratishi yoki sintez qilinishi mumkin bo‘lgan tarkib fazosini toraytirishi mumkin. HiMatGen o‘rganadigan muammo tabiiy tilda ifodalangan bu ko‘p cheklovlarni turli ilmiy mutaxassisliklar va hisoblash vositalaridan birgalikda foydalanib qanday tadqiq qilish mumkinligidir.

HiMatGen Nima va Ierarxik Jamoaviy Mulohaza Yuritish Qanday Ishlaydi?

HiMatGen 100 ta LLM tadqiqotchisini o‘nta ilmiy sohadagi kichik munozara podlari va vositalardan foydalanuvchi doimiy soha vakillari orqali muvofiqlashtiradigan, nomzod materiallarni g‘oya bosqichidan hisoblash baholashiga va qayta dizaynga olib o‘tadigan ierarxik material dizayni doirasidir.

O‘nta ilmiy soha

Manbada 100 tadqiqotchi taqsimlangan o‘nta ilmiy soha quyidagilar:

1. Tarkib va bog‘lanish,
2. Tuzilma va simmetriya,
3. Termodinamika,
4. Sintez va prekursorlar,
5. Kinetika va metastabillik,
6. Nuqsonlar va sirtlar,
7. Funksional xususiyatlar,
8. Xarakterizatsiya,
9. Sohalararo transfer,
10. Ma’lumotlarga asoslangan modellashtirish.

Har bir soha besh agentli ikkita poddan iborat. Har bir podning bir a’zosi principal investigator (PI) va pod rahbari rolini bajaradi. Shunday qilib, har bir ilmiy sohaning jami o‘n tadqiqotchisi ikkita alohida mahalliy munozara guruhida ishlaydi.

Mustaqil g‘oya yaratish

Jarayon tabiiy tilda yozilgan dizayn maqsadi bilan boshlanadi. Tadqiqotchilar birinchi bosqichda bir-biridan mustaqil kimyoviy gipotezalar va nomzod dizayn g‘oyalarini yaratadi. Bu bosqichning maqsadi bitta erta g‘oyaga qotib qolish o‘rniga boshida keng gipotezalar xilma-xilligini hosil qilishdir.

Pod ichidagi munozara

Besh kishilik pod a’zolari mustaqil takliflarni mahalliy tarzda muhokama qiladi. Nomzodning kimyoviy mantiqi, strukturaviy ehtimolligi, termodinamik xavfi, sintez muammosi yoki funksional xususiyati haqida e’tirozlar ishlab chiqilishi mumkin. Bu munozaralar faqat “eng yaxshi g‘oyani tanlash” uchun emas, balki muqobil dizaynlar va nazorat savollarini yaratish uchun ishlatiladi.

PI munozarasi

Bir ilmiy sohadagi ikki podning PIlari ikki tur munozara olib boradi. Ikki poddan kelgan turli asoslar va e’tirozlarni solishtirib, qaysi muqobillar, qaysi nazorat tuzilmalari yoki qaysi hisob-kitoblar soha vakili tomonidan o‘rganilishi kerakligini aniqlaydi.

Soha vakillari va ilmiy vositalar

O‘nta doimiy soha vakili HiMatGenning vositalardan foydalanuvchi tadqiqot qatlamini tashkil qiladi. Manbaga ko‘ra vakillar:

• kristall tuzilmalarni yaratishi va tahrirlashi,
• geometriyani tekshirishi,
• Materials Project ma’lumotlarini so‘rashi,
• MACE bilan nomzod tuzilmalarni baholashi va relaksatsiya qilishi,
• CRISP modellar oilasi bilan xususiyat baholashlarini bajarishi,
• sintezni baholash vositalaridan foydalanishi,
• adabiyotga kirish vositalaridan foydalanishi mumkin.

Soha identifikatori vakil qaysi ilmiy savollarga ustuvorlik berishini belgilaydi; manbada ro‘yxatga olingan ilmiy vositalar katalogi vakillar qatlamida umumiy tarzda mavjud ekani aytiladi. Shu sababli, masalan, tarkib vakili zarur bo‘lsa strukturaviy muammo bilan ham shug‘ullanishi mumkin.

Uch tadqiqot bosqichi va ikki qayta aloqa bosqichi

Dastlabki taklif va mahalliy munozaralardan so‘ng vakil darajasida uchta tadqiqot bosqichi o‘tkaziladi. Bu bosqichlar orasida pastga yo‘naltirilgan ikkita qayta aloqa bosqichi mavjud. Vakillar hisob-kitoblar qiladi, boshqa sohalardan ma’lumot so‘raydi va paydo bo‘lgan natijalar yoki hal qilinmagan savollarni o‘z podlariga qaytaradi.

Qayta aloqa kelganda 100 tadqiqotchi yana ishga kirishib, tuzatish, nazorat yoki muqobil dizayn takliflarini ishlab chiqadi. Keyingi vakil bosqichi bu yangi javoblardan foydalanadi. Shunday qilib, taklif qilingan kristall tuzilma dastlabki g‘oya yaratilgandan keyin o‘zgarmas holatda qolmaydi.

CIF nima?

CIF (Crystallographic Information File) kristall tuzilmaning yacheyka parametrlarini, atom turlarini, atom joylashuvlarini va tegishli kristallografik ma’lumotlarni kompyuter qayta ishlay oladigan shaklda saqlovchi standart fayl formatidir. Tadqiqotda “taklif qilingan kristall nomzodlari” asosiy strukturaviy yaroqlilik tekshiruvlaridan o‘tgan yakuniy CIF chiqishlari bo‘yicha sanaladi.

Nomzodlar tarixi nega qayd etiladi?

HiMatGen nomzod yozuvlarini faqat yakuniy kristall fayliga qisqartirmaydi. Manbaga ko‘ra tuzilmalar vosita kuzatuvlari va ota-ona–farzand qayta ko‘rib chiqish munosabatlari bilan bog‘langan holda saqlanadi. Shunday qilib, tuzilma qaysi avvalgi tuzilmadan, qaysi e’tiroz yoki hisoblash natijasida o‘zgartirilgani keyingi tadqiqot qarorlarida ishlatilishi mumkin.

SU, SUN va Energy Above Hull Nimani Anglatadi?

Tadqiqotda SU hisoblash relaksatsiyasi yaqinlashgan, belgilangan energy-above-hull chegarasidan o‘tgan va strukturaviy takrorlarni bartaraf etgandan so‘ng noyob qolgan nomzodlarni; SUN esa ularga qo‘shimcha ravishda Materials Project va tadqiqotga berilgan referens tuzilmalar bilan mos kelmaydigan nomzodlarni anglatadi. Shu sababli SUN yorlig‘i eksperimental sintez, butun adabiyot miqyosidagi yangilik yoki real dunyo barqarorligining isboti emas.

Taklif qilingan nomzod

Birinchi baholash darajasi “proposed crystal candidate”dir. Bular HiMatGen yoki taqqoslanayotgan usul yaratgan va asosiy strukturaviy yaroqlilik tekshiruvidan o‘tgan yakuniy CIF fayllaridir.

SU: stable and unique

SU (stable and unique) tadqiqotning operatsion ta’rifida ikki asosiy filtrni birlashtiradi:

• MACE strukturaviy relaksatsiyasining yaqinlashishi va energy-above-hull o‘lchovining chegara ichida qolishi,
• strukturaviy takrorlarni bartaraf etgandan so‘ng bir xil tuzilmaning qayta sanalmasligi.

Bu yerdagi “stable” so‘zi ehtiyotkorlik bilan talqin qilinishi kerak. Manba material tajribada sintez qilinganini yoki uzoq muddat barqaror qolganini o‘lchamaydi. “Barqaror” tavsifi qo‘llangan hisoblash saralash protokolidagi energiya mezonini anglatadi.

Energy above hull, E_hull, nimani bildiradi?

Energy above hull nomzod tuzilmaning ayni kimyoviy tarkib fazosidagi termodinamik referenslarga nisbatan energiya jihatidan qanchalik yuqorida joylashganini ifodalovchi hisoblash o‘lchovidir va tadqiqotda eV/atom birligida ishlatilgan. Kichikroq qiymat qo‘llangan referens va model doirasida termodinamik jihatdan qulayroq holatni ko‘rsatadi.

Tadqiqotning asosiy saralash chegarasi:

\[ E_{\mathrm{hull}}\leq 0.10\ \mathrm{eV/atom} \]

deb tanlangan. Sezgirlik baholashida kengroq:

\[ E_{\mathrm{hull}}\leq 0.20\ \mathrm{eV/atom} \]

chegara ham ishlatilgan. Ikkinchi chegara yumshoqroq; shuning uchun ko‘proq nomzodning hisoblash saralashidan o‘tishi kutiladi. Manbada HiMatGenning SUN o‘rtachasi 0,10 eV/atom chegarasida 8,00 bo‘lsa, 0,20 eV/atom chegarasida 13,17 gacha ko‘tariladi.

SUN: stable, unique and novel

SUN (stable, unique and novel) SU shartlaridan o‘tgan va qo‘shimcha ravishda Materials Project ma’lumotlar bazasi hamda tadqiqot boshida berilgan referens tuzilmalarda strukturaviy mosligi topilmagan nomzoddir.

Bu yerdagi “novel” so‘zi “dunyo ilmiy adabiyotida mutlaqo ilgari hech qachon ko‘rilmagan” degan ma’noda ishlatilmasligi kerak. Manbada yangilik muayyan referens to‘plamlariga nisbatan strukturaviy mos kelmaslik mezoni bilan operatsion tarzda ta’riflangan.

t-SNE xaritasi nimani ko‘rsatadi?

Manba taqdim etilgan 700 referens tuzilma bilan 220 HiMatGen nomzodini element turidan mustaqil 104 o‘lchamli geometrik barmoq izi orqali birgalikda ifodalagan va keyin t-SNE bilan ikki o‘lchamga kamaytirgan. Xarita HiMatGen nomzodlari ma’lum tuzilmalar atrofida va ular orasida turli geometrik hududlarni o‘rganishini vizual ko‘rsatadi.

t-SNE xaritasi SUN yangilik testining o‘zi emas. SUN yangiligi alohida strukturaviy moslashtirish mezoni bilan aniqlanadi. t-SNE bu yerda strukturaviy xilma-xillikni ko‘rsatuvchi qo‘shimcha tasvirdir.

Oltita kimyoviy tizim

Kristall kashfiyoti tajribasi oltita element tizimida o‘tkazilgan:

• Al–Li–V,
• Al–Cu–Mg,
• Cs–Sn–Br,
• Li–Ti–O,
• Li–P–S,
• Li–Ge–S.

Har bir usul bu tizimlarda Materials Projectdan ma’lum tuzilmalarni boshlang‘ich nuqta sifatida olgan va faqat ko‘rsatilgan elementlar doirasida ham tarkib o‘zgarishlarini, ham ayni tarkibning turli strukturaviy joylashuvlarini o‘rgana olgan. Asosiy taqqoslashda har bir usul va kimyoviy tizim uchun bitta tadqiqot trayektoriyasi ishlatilgan.

HiMatGen oltita tizimda jami 220 yakuniy nomzod yaratgan. O‘rtacha 36,67 nomzod GPT-6 Astra yagona agentining 19,00 o‘rtachasidan taxminan 1,9 baravar ko‘p. SUN o‘rtachasidagi 8,00 qiymati esa Astraning 4,83 natijasidan taxminan 1,66 baravar ko‘p; manba xulosasi buni taxminan 1,7 baravar deb ifodalaydi.

Independent SWARM nega muhim nazorat?

Independent SWARM ham 100 ta mustaqil tadqiqotchi taklifi bilan boshlanadi. Ammo 100 taklif keyinchalik bitta vositalardan foydalanuvchi agent tomonidan rivojlantiriladi va birlashtiriladi. HiMatGen esa o‘nta soha vakilining tadqiqotni davom ettirishi va podlardan yana qayta aloqa olishini ta’minlaydi.

Bu taqqoslash faqat “100 ta dastlabki g‘oya yaratish” bilan “100 ta dastlabki g‘oyani keyinroq taqsimlangan va qayta aloqali tadqiqot tashkiloti orqali rivojlantirish” o‘rtasidagi farqni tekshirish uchun ishlatilgan.

HiMatGen barcha kimyoviy tizimlarda eng yaxshi natijani berdimi?

Yo‘q. Asosiy 0,10 eV/atom chegarasida HiMatGen Al–Cu–Mg tizimida 17 SUN va Li–Ti–O tizimida 10 SUN yaratgan. Ammo Cs–Sn–Br tizimida yagona GPT-5.6 Sol va GPT-6 Astra agentlari har biri beshtadan SUN tuzilma yaratgan, HiMatGen esa uchta SUN tuzilmada qolgan.

Bu misol ierarxik tadqiqot tashkilotining foydasi kimyoviy tizimga bog‘liq bo‘lishi mumkinligini va tadqiqot natijalarini “ko‘p agent har qanday sharoitda yaxshiroq” tarzida umumlashtirmaslik kerakligini ko‘rsatadi.

Uchta qo‘shma xususiyat va kimyo cheklovi vazifasi

Hajm moduli K nima?

Hajm moduli K materialning gidrostatik siqilishga qarshiligini ifodalovchi mexanik kattalik bo‘lib, bu yerda gigapaskal (GPa) birligida ishlatilgan. K qiymati oshgan sari material hajmini bosim ostida o‘zgartirish odatda qiyinlashadi. Tadqiqotning yengil-qattiq dizayn maqsadi faqat yuqori K ni emas, balki zichlik 3,0 g/cm³ yoki undan past bo‘lishini ham talab qiladi.

Zichlik ρ nega alohida cheklov?

ρ birlik hajmdagi massani ifodalaydi. Faqat juda qattiq material topish vazifani hal qilmaydi; dizayn ayni paytda past zichlikni ham talab qiladi. Shu sababli maqsad bitta xususiyatni maksimal qilish emas, ikkala shartni bir vaqtda bajaradigan nomzodni topishdir.

Taqiqlangan zona oralig‘i E_g nima?

Taqiqlangan zona oralig‘i E_g qattiq jismda to‘lgan elektron holatlar bilan o‘tkazuvchanlik uchun mavjud yuqoriroq energiyali holatlar o‘rtasidagi xarakterli energiya farqidir va elektronvolt (eV) birligida ifodalanadi. Tadqiqotda qo‘rg‘oshinsiz galogenidlar uchun maqsad oralig‘i 1,5–2,5 eV; yuqori-κ dielektriklar uchun minimal E_g qiymati 3,0 eV.

Dielektrik doimiy κ nimani ifodalaydi?

κ materialning elektr maydon ostidagi qutblanish javobini tavsiflovchi dielektrik kattalikdir. Yuqori-κ vazifasi κ ≥ 20 ni talab qilgan holda ayni vaqtda E_g ≥ 3,0 eV shartini ham qo‘llaydi. Shunday qilib, nafaqat yuqori dielektrik javob, balki keng elektron taqiqlangan zona ham maqsad qilinadi.

HSE+SOC ifodasi nega muhim?

Manba qo‘rg‘oshinsiz galogenid vazifasini “qo‘llab-quvvatlanadigan HSE+SOC model sohasi” bilan cheklaydi. HSE+SOC taqiqlangan zona oralig‘ini baholash ma’lum hisoblash/modellashtirish sohasi bilan bog‘liqligini ko‘rsatadi. Shu bois manba model qo‘llab-quvvatlamaydigan istalgan tarkibga ayni baholashni o‘zboshimchalik bilan qo‘llamaydi.

Bu jadval muhim cheklovni ko‘rsatadi. HiMatGen bir xil GPT-5.6 Terra modelidan foydalanuvchi yagona agent va Independent SWARM nazoratini uchala vazifada ham ortda qoldirgan. Ammo GPT-6 Astra yagona agenti yengil-qattiq vazifada 7 ga qarshi 2 va yuqori-κ vazifada 7 ga qarshi 6 natija bilan HiMatGenni ortda qoldirgan. HiMatGenning eng kuchli nisbiy natijasi qo‘rg‘oshinsiz galogenid dizaynida maqsadga erishgan 17 SUN tuzilma bo‘lgan; Astra bu yerda sakkizta tuzilma yaratgan.

Qo‘rg‘oshinsiz galogenidlarda strukturaviy va tarkibiy xilma-xillik nega ajratiladi?

HiMatGenning maqsadni qanoatlantirgan 17 ta qo‘rg‘oshinsiz galogenid SUN tuzilmasi sakkiz xil tarkibdan iborat. Manba optik baholagich tarkibga asoslanganini bildiradi. Shu sababli bir xil kimyoviy tarkibning turli atomik joylashuvlari bir xil bashorat qilingan taqiqlangan zona oralig‘i qiymatini oladi.

Demak, 17 tuzilma 17 xil kimyoviy formula degani emas. Tizim ham turli tarkiblarni, ham ayni tarkibning turli kristall joylashuvlarini o‘rgangan.

Ilmiy kelishmovchilik haqiqatan ham tuzilmani o‘zgartirdimi?

Manba ikki namunaviy trayektoriya orqali agentlar o‘rtasidagi e’tirozlar faqat matnli munozarada qolmay, yangi kristall nazorat tuzilmalarining yaratilishiga olib kelganini ko‘rsatadi.

Ba₂ScTiO₅F misoli

Tarkib vakili dastlab F atomi Sc bilan bog‘liq bo‘lgan tuzilmani yaratgan. Tuzilma vakili mahalliy muhitni tekshirishi uchun boshlangan sohalararo munozara Ti–F–Ti muqobilining yaratilishiga olib kelgan.

Bu muqobil keyin besh tadqiqotchili podga taqdim etilgan va tadqiqotchilar Sc–F–Sc ko‘rinishidagi o‘zaro nazoratni taklif qilgan. Bu nazorat yacheyka va kation tartibini o‘zgartirmasdan F va O pozitsiyalarini almashtirib, mahalliy ftor muhitini bevosita sinashni maqsad qilgan.

CRISP modellariga ko‘ra uchala tuzilma ham taqiqlangan zona oralig‘i va dielektrik maqsadlarini bajargan. MACE relaksatsiyasidan keyin dastlabki dizayn bilan o‘zaro Sc–F–Sc nazorati 0,10 eV/atom chegarasidan o‘tgan, Ti–F–Ti muqobili esa faqat kengroq 0,20 eV/atom chegarasida qolgan.

HfZrO₄ misoli

Nuqson va sirt vakili berilgan HfO₂ tuzilmasidan olti pozitsiyali Hf/Zr tartibini yaratgan. Pod qayta aloqasi muqobil kation tartibini sinashni so‘ragan va buning natijasida ayni tarkibda 12 pozitsiyali shaxmat taxtasi shaklidagi tartib yaratilgan.

Har ikkala tartib ham bashorat qilingan xususiyat maqsadlarini bajargan va umumiy referensga asoslangan energiya saralashidan o‘tgan. Keyingi tekshiruv sintez yozuvlarini qidirish, CRISP sintezlanish imkoniyatini baholash va sirt geometriyasi tahlilini birlashtirgan.

Sintez qidiruvi o‘xshash yo‘llarni topgan, biroq taklif qilingan kation tartibiga to‘liq moslik topmagan. Yaralgan sirt slabi ham koordinatsiyasi yetishmaydigan Hf pozitsiyalarini ko‘rsatgan. Manba bu topilmalarni “tuzilma sintez qilindi” tarzida emas, qo‘shimcha tartiblash va sirt nazoratlarini talab qiladigan yangi tadqiqot savollari sifatida ishlatadi.

MatterGen va Chemeleon 2 bilan taqqoslash nega boshqacha talqin qilinishi kerak?

MatterGen va Chemeleon 2 har bir vazifa uchun o‘nta alohida seed bo‘yicha 100 tadan tuzilma, jami 1.000 tuzilma yaratgan. HiMatGen esa kichikroq, tadqiqotga yo‘naltirilgan portfel yaratadi. Manba bu taqqoslash usullarni teng chiqish soni bo‘yicha reyting qilish uchun mo‘ljallanmaganini aniq ta’kidlaydi.

MatterGen qo‘llab-quvvatlanadigan hajm moduli yoki taqiqlangan zona oralig‘i shartlashidan foydalangan, Chemeleon 2 uchun esa ochiq mavjud shartsiz RL-DNG checkpoint ishlatilgan. Barcha chiqishlar umumiy baholash va strukturaviy moslashtirish protokolidan o‘tkazilgan.

Yengil-qattiq vazifada generativ modellar nega kengroq ko‘rinadi?

SUN saralashidan keyin yengil-qattiq xususiyat fazosida 774 MatterGen va 899 Chemeleon 2 strukturaviy guruhi mavjud bo‘lgan, HiMatGenda esa faqat to‘rtta SUN tuzilma bo‘lgan. Shunga qaramay, HiMatGenning to‘rtta tuzilmasidan ikkitasi maqsad shartlarini bajargan, qolgan ikkitasi maqsad chegarasiga yaqin qolgan.

Manba bu natijani generativ modellarning keng tuzilma fazosini qamrab olishi bilan agentga yo‘naltirilgan tizimning ma’lum birlashgan talablarga e’tibor qaratishi o‘rtasidagi bir-birini to‘ldiruvchi farq sifatida talqin qiladi.

Qo‘rg‘oshinsiz galogenid taqqoslanishi

Qo‘rg‘oshinsiz galogenid vazifasida HiMatGen maqsadga erishgan 17 SUN tuzilma yaratgan. MatterGen maqsadga erishgan bitta SUN tuzilma, KGeCl₃, yaratgan. Chemeleon 2 chiqishlari orasida qo‘llanilishi mumkin bo‘lgan taqiqlangan zona bahosiga ega va kiritish shartlarini bajargan maqsadli SUN tuzilma qayd etilmagan.

Manba CsSnIBr₂ va CsGeIBr₂ ni HiMatGen aralash galogenid tarkibi va B-pozitsiya almashinuvidan foydalanib maqsad kimyosi doirasida muqobillar ishlab chiqishiga misol sifatida ko‘rsatadi.

Yuqori-κ, keng taqiqlangan zona taqqoslanishi

Bu vazifada HiMatGen maqsadga erishgan oltita SUN tuzilma, MatterGen esa sakkizta tuzilma yaratgan. Chemeleon 2 uchun maqsadga erishgan mos guruh qayd etilmagan. Manba Ba₂HfZrO₆ va Sr₂HfZrO₆ tuzilmalarini HiMatGen tegishli kation dizaynlarini ishlab chiqishiga misol sifatida ko‘rsatadi.

Tadqiqot Usuli va Natijalari

Asosiy tajriba dizayni

Tadqiqot fizik laboratoriya sintez tajribasi emas, balki LLM agentlari, materiallar ma’lumotlar bazalari va hisoblash baholash vositalari birgalikda qo‘llangan hisoblash dizayni va skrining tadqiqotidir.

HiMatGenning barcha qismlarida LLM asosi sifatida GPT-5.6 Terra ishlatilgan. Buning maqsadi ierarxik koordinatsiyaning hissasini ayni model bilan ishlovchi yagona agent bilan taqqoslash va shuningdek GPT-5.6 Sol hamda GPT-6 Astra kabi kuchliroq yagona agent bazaviy chiziqlari bilan qiyoslashdir.

Kristall kashfiyoti taqqoslanishining dizayni

Oltita kimyoviy tizimda har bir usul ma’lum Materials Project tuzilmalarini boshlang‘ich nuqta sifatida olgan. Qidiruv berilgan elementlardan tashqariga chiqmasdan ham yangi tarkiblar, ham ma’lum tarkiblarning muqobil kristall tartiblari bo‘yicha olib borilgan.

Har bir usul-tizim juftligi uchun asosiy taqqoslashda bitta tadqiqot trayektoriyasi ishlatilgan. Manba bu asosiy olti-tizim taqqoslanishi uchun ko‘p martalik mustaqil takrorlarning o‘rtachasi, standart og‘ishi, ishonch oralig‘i yoki p qiymatini bermaydi. Shu sababli raqamlar muayyan ishga tushirishlarning taqqoslanishi sifatida talqin qilinishi kerak.

220 yakuniy nomzod qanday saralandi?

1. HiMatGenning yakuniy chiqishi bo‘lgan CIFlar asosiy strukturaviy yaroqlilik tekshiruvidan o‘tadi.
2. MACE relaksatsiyasining yaqinlashishi tekshiriladi.
3. E_hull qiymati tanlangan energiya chegarasi bilan taqqoslanadi.
4. Strukturaviy takrorlar birlashtiriladi; shu tariqa SU tuzilmalar olinadi.
5. SU tuzilmalar Materials Project va taqdim etilgan referens tuzilmalar bilan moslashtiriladi.
6. Mos kelmaganlar SUN sifatida sanaladi.

0,10 va 0,20 eV/atom chegaralarining ta’siri

0,10 eV/atom tadqiqotning asosiy saralash chegarasidir. 0,20 eV/atom esa sezgirlik tahlilidir. Yumshoqroq chegarada HiMatGen SUN o‘rtachasi 8,00 dan 13,17 gacha ko‘tarilgan. Manba ayni 0,20 eV/atom sharoitida Astra uchun 6,67 va Sol uchun 4,33 SUN o‘rtachasini bildiradi.

Bu sezgirlik natijasi qayd etilgan “mos nomzodlar soni” tanlangan energiya chegarasiga bog‘liqligini ko‘rsatadi. Chegara o‘zgarsa, ayni nomzod portfelining nechta tuzilmasi saralashdan o‘tishi ham o‘zgarishi mumkin.

Uchta xususiyat vazifasida baholash mantiqi

Har bir vazifada faqat strukturaviy xilma-xillik yoki SUN bo‘lishning o‘zi yetarli emas. “Target-achieved SUN” deb hisoblanishi uchun nomzod ayni yaroqli strukturaviy a’zoda vazifaning barcha qo‘shma shartlarini bajarishi kerak.

Masalan, yengil-qattiq vazifada faqat K ≥ 80 GPa bo‘lishi yetarli emas; ayni tuzilma ρ ≤ 3,0 g/cm³ shartini ham bajarishi kerak. Yuqori-κ dielektrik vazifada faqat κ ≥ 20 yetarli emas; ayni tuzilma E_g ≥ 3,0 eV va oksid/oksiflorid doirasi shartlarini ham bajarishi kerak.

Generativ modellar bilan namuna olish byudjeti farqi

MatterGen va Chemeleon 2 ning har biri har bir vazifa uchun 1.000 tuzilma yaratgan, HiMatGen esa ayni ishlab chiqarish soniga majburlanmagan. Shu sababli “HiMatGen 17, MatterGen 1 yaratdi; demak ayni byudjetda 17 baravar yaxshiroq” degan xulosani manbadan chiqarib bo‘lmaydi.

Manbaning talqini cheklanganroq: keng ko‘lamli generativ namuna olish va kichikroq, ammo tadqiqotga yo‘naltirilgan agent portfellari turli kuchli tomonlarni ko‘rsatgan.

Mahalliy Aloqa Nega To‘liq Munozaradan Kamroq Token Ishlatadi?

Pod hajmi doimiy bo‘lgan mahalliy munozarada har bir tadqiqotchi faqat cheklangan sondagi pod hamkasblarining hisobotlarini oladi, to‘liq munozarada esa har bir tadqiqotchi barcha boshqa tadqiqotchilarning hisobotlarini oladi; shu sababli manbada mahalliy hisobot tarqatilishi agentlar soniga nisbatan chiziqli, all-to-all tarqatilishi esa taxminan kvadratik o‘sadi.

Manbada berilgan aloqa tenglamalari

Manba N tadqiqotchi, r munozara turi va p pod hajmi uchun mahalliy hisobot yetkazib berish sonini:

\[ D_{\mathrm{local}}=rN(p-1) \]

va hamma hamma bilan aloqa qiladigan to‘liq munozara yetkazib berish sonini:

\[ D_{\mathrm{full}}=rN(N-1) \]

deb beradi.

Bu yerda:

• N: jami tadqiqotchilar soni,
• r: munozara turlari soni,
• p: bitta pod ichidagi tadqiqotchilar soni,
• D: yo‘naltirilgan peer-report yetkazib berish soni.

100 tadqiqotchi uchun hisob

Tadqiqotdagi juftlashtirilgan aloqa tajribasida:

\[ N=100,\qquad r=2,\qquad p=5 \]

bo‘lgani uchun mahalliy aloqa:

\[ D_{\mathrm{local}} =2\times100\times(5-1) =800 \]

ta hisobot yetkazib berishni talab qiladi.

To‘liq munozarada:

\[ D_{\mathrm{full}} =2\times100\times(100-1) =19\,800 \]

ta yetkazib berish talab qilinadi.

Ikki sonning nisbati:

\[ \frac{19\,800}{800}=24.75 \]

bo‘lgani uchun to‘liq munozara ayni ikki tur uchun 24,75 baravar ko‘proq yo‘naltirilgan hisobot yetkazib berishni hosil qiladi.

Nega biri chiziqli, ikkinchisi kvadratik o‘sadi?

p doimiy saqlanganda mahalliy tenglamada N faqat birinchi darajada qatnashadi:

\[ D_{\mathrm{local}}\propto N \]

Bunga qarshi ravishda to‘liq munozarada N(N−1) hadi mavjud:

\[ D_{\mathrm{full}}\propto N^2 \]

Shu sababli tadqiqotchilar soni ortgan sari hammaning hamma bilan batafsil hisobot almashishi aloqa yukini ancha tez oshiradi. Bu matematik natija manbada qayd etilgan aloqa arxitekturasini masshtablash asosidir.

Manbaning muhim kuzatuvi shuki, katta farq yangi yaratilgan munozara matnidan ko‘ra bir xil eski hisobotlarning qayta-qayta kirish kontekstiga qo‘shilishidan kelib chiqadi. Jami chiqish tokenlari 393.149 va 441.281 bilan bir-biriga nisbatan yaqin bo‘lsa, o‘rtacha kirish konteksti juda farq qiladi.

Aloqa tajribasi faqat aloqa topologiyasini taqqoslaydimi?

Yo‘q. Manba bu cheklovni aniq bildiradi. To‘liq munozara va HiMatGen bir xil 100 ta dastlabki hisobot va bir xil ikki munozara turidan boshlangan bo‘lsa-da, keyingi vositalardan foydalanuvchi tadqiqot tashkilotlari bir xil emas.

HiMatGen keyingi bosqichda vositalardan foydalanuvchi o‘nta soha vakilini ishlatadi, to‘liq munozara sharti esa bitta vositalardan foydalanuvchi integrator bilan davom etadi. Shu sababli 18 SU va 5 SU o‘rtasidagi sifat farqini faqat “mahalliy aloqa yoki all-to-all aloqa?” savolining sof ta’siri deb talqin qilib bo‘lmaydi.

Paired experimentdagi SU natijalari

0,10 eV/atom chegarasida muvaffaqiyatli yaratilgan oraliq tuzilmalarni ham qamrab olgan umumiy audit HiMatGen uchun 18, to‘liq munozara uchun 5 SU tuzilma bergan. Ammo yuqoridagi tashkilot farqi tufayli manba buni faqat aloqa topologiyasining sababiy ta’siri sifatida taqdim etmaydi.

Agentlar soni 10 dan 200 ga oshganda nima bo‘ldi?

SUN soni 10 dan 100 tadqiqotchigacha sezilarli oshgan, 100 dan 200 ga ko‘tarilganda esa o‘sish 8,00 dan 8,33 gacha bo‘lish bilan cheklangan. Manba bu natijani baholangan sharoitlarda 100 tadqiqotchigacha sezilarli kengayish, undan keyin kichikroq marjinal foyda sifatida talqin qiladi.

Ko‘proq tadqiqotchi cheksiz foyda bermaydi

200 agent natijasining 100 agentga nisbatan faqat kichik o‘sish ko‘rsatishi agentlar sonining o‘zi muvaffaqiyatning chiziqli belgilovchisi emasligini ko‘rsatadi. Manba ham tadqiqot tashkilotini model salohiyatiga qo‘shimcha dizayn o‘qi deb ko‘rar ekan, bitta optimal agentlar sonini e’lon qilmaydi.

Ishlash vaqti taqqoslanishi

HiMatGen eng uzun o‘rtacha ishlash vaqtiga ega. Manba qayd etilgan vaqtlar model va vosita bajarilish vaqtiga qo‘shimcha ravishda uzilishlar hamda tiklash kutishlarini ham o‘z ichiga olishini bildiradi.

Shu sababli 93,22 daqiqalik qiymat sof model hisoblash vaqti sifatida talqin qilinmasligi kerak. Manbaning xulosasi vaqt–tadqiqot kengligi murosasidir: HiMatGen kengroq strukturaviy portfel ishlab chiqadi, biroq yakunlanishi uzoqroq davom etadi.

Bu Tadqiqotdagi “Yangi va Barqaror Material” Nomzodlari Tajribada Tasdiqlanganmi?

Yo‘q. Tadqiqotdagi nomzod kristallar hisoblash agentlari, ma’lumotlar bazalari va model baholashlaridan o‘tgan; mualliflar haqiqiy barqarorlik, sintezlanish imkoniyati va funksional ishlashni aniqlash uchun yuqoriroq aniqlikdagi hisob-kitoblar va tajribaviy tasdiqlash zarurligini aniq bildiradi.

Tadqiqot qo‘llab-quvvatlaydigan xulosalar

• Ierarxik pod va vakil tashkiloti o‘rganilgan oltita tizimda bir xil model bilan ishlovchi yagona agent va Independent SWARM nazoratiga nisbatan kengroq hisoblash nomzodlar portfelini yarata olgan.
• 0,10 eV/atom chegarasida HiMatGen har bir tizim uchun o‘rtacha sakkizta SUN tuzilma saqlab qolgan.
• HiMatGenning afzalligi kimyoviy tizim va dizayn vazifasiga bog‘liq; barcha taqqoslashlarda ustun emas.
• Ilmiy e’tirozlar Ba₂ScTiO₅F va HfZrO₄ misollarida aniq strukturaviy muqobillar va nazorat dizaynlarini yaratishga olib kelgan.
• Besh kishilik mahalliy pod aloqasi 100 tadqiqotchili paired tajribada to‘liq all-to-all munozaraga nisbatan munozara token xarajatini taxminan 22 baravar kamaytirgan.
• HiMatGen kengroq tadqiqot olib borgan holda yagona agent va Independent SWARM yondashuvlariga qaraganda uzoqroq boshidan oxirigacha vaqt ishlatgan.

Tadqiqot qo‘llab-quvvatlamaydigan xulosalar

• SUN tuzilmalar laboratoriyada sintez qilingani ko‘rsatilmagan.
• SUN tuzilmalar uchun tajribaviy termodinamik barqarorlik tasdiqlanmagan.
• “Novel” yorlig‘i butun dunyo adabiyotida mutlaq yangilik isboti emas; belgilangan ma’lumotlar bazalari va referenslar bilan strukturaviy mos kelmaslik mezonidir.
• MACE/CRISP baholashlari yuqori aniqlikdagi kvant kimyosi yoki fizik tajriba o‘rnini bosadigan yakuniy tasdiq emas.
• O‘n sohalik tashkilot universal optimal agent arxitekturasi ekani ko‘rsatilmagan.
• 100 tadqiqotchi har bir muammo uchun eng yaxshi agentlar soni ekani ko‘rsatilmagan.
• MatterGen va Chemeleon 2 taqqoslanishlari teng ishlab chiqarish byudjetida bajarilmagani sabab xom raqamlarni bevosita bir xil xarajatli poyga natijasi sifatida talqin qilib bo‘lmaydi.
• Asosiy olti-tizim taqqoslanishida har bir usul-tizim juftligi uchun bitta trayektoriya ishlatilgani sabab takrorlararo noaniqlik asosiy natijalarda alohida miqdoriy baholanmagan.

Inson ekspertizasi nega hanuz zarur?

Mualliflar o‘n sohalik tuzilmani isbotlangan optimal variant sifatida emas, ekspert bilimlari bilan yaratilgan amaliy tashkilot sifatida ta’riflaydi. Turli material muammolari boshqa ilmiy soha taqsimotlari yoki muvofiqlashtirish tuzilmalarini talab qilishi mumkin.

Manba shuningdek mazmunli dizayn maqsadlarini belgilash, mos hisoblash vositalarini tanlash va qaysi gipotezalar keyingi tadqiqotga arziydiganini baholash uchun inson ekspertizasi muhim bo‘lib qolishini aniq ta’kidlaydi.

Qo‘shimcha materiallarsiz qaysi tafsilotlarni aniq qilib bo‘lmaydi?

Asosiy PDF batafsil bosqichlar ketma-ketligi va vosita ruxsatlari uchun Supplementary Note 1 ga, to‘liq agent suhbatlari va CIF nasab munosabatlari uchun Supplementary Note 4 ga, vosita rollarining tafsilotlari uchun Table S1 ga va qo‘shimcha sonli tahlillar uchun turli S jadvallari hamda S rasmlariga havola qiladi.

Yuklangan manba faqat asosiy 12 sahifalik PDF bo‘lgani uchun bu qo‘shimcha fayllardagi tafsilotlar bu yerda taxmin qilinmagan. Masalan, barcha agent promptlari, to‘liq vosita ruxsat matritsalari, barcha CIFlarning koordinatalari yoki qo‘shimcha vazifalarning to‘liq xom natijalarini bu fayldan chiqarib bo‘lmaydi.

Manba va Usul Haqida Izoh

Asl tadqiqot: Scaling LLM Agents for Materials Design through Hierarchical Collective Reasoning

Mualliflar: Jaehwan Choi; Yousung Jung.

Mas’ul muallif: Yousung Jung.

Mas’ul muallif e-pochta manzili: yousung.jung@snu.ac.kr

Muassasa 1: Department of Chemical and Biological Engineering (BK21 four), and Institute of Chemical Processes, Seoul National University, 1 Gwanak-ro, Gwanak-gu, Seoul 08826, Korea.

Muassasa 2: Institute of Engineering Research, Seoul National University, 1 Gwanak-ro, Gwanak-gu, Seoul 08826, Korea.

Platforma: arXiv.

arXiv identifikatori: 2609.16466.

Manba fayl identifikatori: Yuklangan fayl nomi 10.48550/arXiv.2609.16466 shaklidagi identifikatorni o‘z ichiga oladi; asosiy PDF matnida alohida DOI qatori yo‘q.

ArXiv ro‘yxatga olish sanasi: Rasmiy arXiv qaydida 15 Sentyabr 2026.

Soha: Materialshunoslik / hisoblash materiallar dizayni / LLM asosidagi ilmiy agent tizimlari.

Manba turi: Hisoblash usuli va taqqoslovchi agent-tizim tadqiqoti.

Taqriz holati: Ko‘rib chiqilgan asosiy PDF va mavjud rasmiy arXiv qaydida tasdiqlangan taqrizli jurnal yoki konferensiya nashri haqida ma’lumot bo‘lmagani sababli Verianla mazmunida preprint sifatida baholangan.

Litsenziya: Ko‘rib chiqilgan asosiy PDF matnida ochiq litsenziya bayonoti ko‘rinmagani uchun litsenziya turi aniqlashtirilmagan.

Moliyalashtirish: Ko‘rib chiqilgan asosiy PDF ichida alohida moliyalashtirish yoki acknowledgment bo‘limi yo‘q.

Manfaatlar to‘qnashuvi: Ko‘rib chiqilgan asosiy PDF ichida alohida manfaatlar to‘qnashuvi bayonoti yo‘q.

Ma’lumotlar mavjudligi: Ko‘rib chiqilgan asosiy PDF ichida alohida Data Availability bayonoti yo‘q.

Muallif hissalari: Ko‘rib chiqilgan asosiy PDF ichida alohida CRediT yoki muallif hissasi bayonoti yo‘q. Teng hissa/ham-birinchi mualliflik bayonoti ham ko‘rinmaydi.

Asosiy LLM tayanchi: HiMatGen ichida GPT-5.6 Terra.

Tadqiqotchilar miqyosi: Asosiy HiMatGen tuzilmasida 100 tadqiqotchi; o‘nta ilmiy soha; har bir soha uchun besh agentli ikkita pod.

Doimiy vakil qatlami: O‘nta ilmiy soha vakili.

Asosiy ilmiy vositalar: Kristall tuzilma yaratish va tahrirlash vositalari, Materials Projectga kirish, MACE, CRISP, sintezni baholash vositalari va adabiyotga kirish.

Kristall kashfiyoti tizimlari: Al–Li–V, Al–Cu–Mg, Cs–Sn–Br, Li–Ti–O, Li–P–S va Li–Ge–S.

Asosiy energiya saralash chegarasi: E_hull ≤ 0,10 eV/atom.

Sezgirlik chegarasi: E_hull ≤ 0,20 eV/atom.

HiMatGen asosiy kristall kashfiyoti natijasi: Oltita tizimda jami 220 yakuniy nomzod; har bir tizim uchun o‘rtacha 36,67 yakuniy nomzod, 8,83 SU va 8,00 SUN tuzilma.

Muhim taqqoslash cheklovi: GPT-6 Astra yagona agenti har bir tizim uchun o‘rtacha 4,83 SUN yaratgan, HiMatGen esa 8,00 SUN yaratgan; ammo Cs–Sn–Br tizimida Sol va Astra har biri beshta SUN bilan HiMatGenning uchta SUN natijasidan yuqori bo‘lgan.

Xususiyat vazifalari: Yengil-qattiq dizayn K ≥ 80 GPa va ρ ≤ 3,0 g/cm³; qo‘rg‘oshinsiz galogenid dizayni E_g=1,5–2,5 eV; yuqori-κ keng taqiqlangan zonali dizayn κ ≥ 20 va E_g ≥ 3,0 eV.

HiMatGen maqsadga erishgan SUN natijalari: Mos ravishda 2, 17 va 6.

Generativ model taqqoslash cheklovi: MatterGen va Chemeleon 2 har bir vazifa uchun 1.000 tuzilma yaratgan; shu sababli taqqoslash teng chiqish byudjetidagi ishlash poygasi emas.

Aloqani masshtablash tajribasi: N=100 tadqiqotchi, r=2 tur va p=5 pod hajmida HiMatGen 800 peer-report yetkazib berish, to‘liq munozara 19.800 ta yetkazib berish hosil qilgan.

Munozara token sarfi: HiMatGen 2,52 million; to‘liq munozara 55,44 million; manba nisbati taxminan 21,98 baravar.

Boshidan oxirigacha token sarfi: HiMatGen 43,33 million; to‘liq munozara 82,57 million.

O‘rtacha ishlash vaqti: HiMatGen 93,22 daqiqa; Independent SWARM 22,01 daqiqa; yagona Terra 5,29 daqiqa; yagona Sol 68,81 daqiqa; yagona Astra 71,96 daqiqa. Manba bu vaqtlarga uzilish va tiklash kutishlari ham kirishini bildiradi.

Eng muhim metodologik cheklov: Hisoblash orqali tanlangan tuzilmalar fizik ravishda sintez qilinmagan. Mualliflar haqiqiy barqarorlik, sintezlanish imkoniyati va funksional ishlash uchun yuqoriroq aniqlikdagi hisob-kitoblar hamda tajribaviy tasdiqlash zarurligini bildiradi.

Tashkiliy cheklov: O‘n sohalik arxitektura ekspert bilimlari bilan yaratilgan amaliy tartib; manba uni isbotlangan optimal variant sifatida taqdim etmaydi.

Takrorlanuvchanlik cheklovi: Asosiy olti-kimyoviy-tizim baholashida har bir usul va tizim uchun bitta tadqiqot trayektoriyasi ishlatilgan. Asosiy PDF bu taqqoslash uchun ko‘p martalik takror dispersiyasi yoki statistik ahamiyat testini bermaydi.

Qo‘shimcha material cheklovi: Asosiy matn Supplementary Note 1, Supplementary Note 4, Table S1, Table S3 va ko‘plab S-rasmlarga havola qiladi; yuklangan fayl bu qo‘shimcha materiallarni o‘z ichiga olmagani sababli ularning tafsilotlari Verianla matnida to‘ldirilmagan.