#話都給我講就好系列-88-20190707
今年是 #週期表一百五十週年紀念，週期表上的一百多種元素，透過其物理化學性質，可以做出無數種排列組合，每種排列組合都是一種新材料，這就是當代的「#鍊金術」！
而且現代的鍊金術，是不需要「把弟弟變空氣」來做「#等價交換」的！不過老實講也好不到哪裡去，拿來交換的，是「#研究生們的青春」吧！（#醒醒吧你沒有青春）
實驗室中的鍊金術一般來說是進行的，你想開發某一類的新材料（比如說超導體），通常就得以「#超導體」為關鍵字，去收集一堆相關材料的文獻來讀，看看過去研究過的材料成分、製程、以及最後得到的物理化學性質。然後就開始來調整配方、製程。比如說IBM蘇黎世研究所的Bednorz與Mueller所做出的世界上第一個高溫超導體的成分是鑭、鋇、銅、氧的陶瓷化合物，超導溫度大約在30K，也就是攝氏零下243度左右，之後 #朱經武 教授、#吳茂昆 教授把鑭換成同為稀土族的釔，變成 #釔鋇銅氧 成分，然後改變各元素的成分比例與燒結、退火的製程，一口氣將超導轉變溫度提升到90K。當時全世界一大票實驗室都在做這件事：在週期表上找性質類似的元素來替換、改變成分比例與製程。
啊這跟鍊金術根本沒兩樣。
你需要一狗票研究生讀大量的論文，然後從中間去找各種可能的配方與製程的排列組合，然後載讓這一狗票研究生去「煉丹」，看煉出來的樣品，超導溫度會不會又上生個一度兩度。
所以教授就是鍊金術師，研究生就是學徒。（想當年我也煉了不少丹…遠目）
不過更新的鍊金術出現了！#美國勞倫斯柏克萊國家實驗室（Lawrence Berkeley National Laboratory,）的Vahe Tshitoyan研究團隊，利用「#自然語言處理」（Natural Language Processing, #NLP，目標就是要讓電腦理解人類的語言）這種人工智慧技術，讓電腦去讀論文，然後幫現代煉金術士…啊是科學家找可能的配方（而且是還沒有被發表過的）。
首先從各大論文資料庫中把所有材料科學的論文撈出來，一共有三百三十多萬篇，先把「非英文」、「非原創研究」（如「勘誤」、「紀念文集」這類）的文章去掉，留下了150萬篇文章。然後利用 #Word2Vec 這種 NLP 演算法來分析這些文章，找出各種被發表的新材料的成分組成、物理化學特性字詞之間的關係，將每個單詞用一個高維度向量空間（一般是數百維）中的點來表示。然後把其中的材料化學式（也算一個詞）取出來，在向量空間中分群，他們發現，可以使用「#非監督式學習」（不用告訴電腦預設要分哪些群組）的方式，正確的把各種材料依特性分群，如圖二所示（投影到二維空間的示意圖），可以看到 #壓電材料（紫色）、#超導體（天空色）、#電池材料（淺綠色）、#光伏材料（綠色）、#熱電材料（藍色）、#有機化合物（紅色）、#介面金屬（橘色）與 #量子非均勻結構（土黃色）等材料團簇。
接下來以「熱電材料」（有溫差就會產生電流的物質，可以用溫差來發電）為例，他們計算所有的材料化學式對應的向量跟「熱電」這個字的向量的相似度，列出相似度較高的材料，發現其中有1820種是文獻已經發表過的熱電材料，但是還有7663種材料還沒被研究過熱電性，但是跟「熱電」這個字的向量相似度很高。圖三 a 橘色標記的就是未被發表，相似度最高的前兩名材料，圖三 b 是 7663 種候選熱電材料（綠色）的相似度前十名，經由物理第一原理計算其熱電功率係數發現，的確是名列前茅（黑色虛線標示），紫色則是1820種已知熱電材料。圖三 c 則是這些潛力材料主要是透過哪些字與「熱電」這個字產生連結的。
從圖三 b 的理論模擬結果看來，用人工智慧找出來的材料「潛力股」，的確有可能找到新的高效能熱電材料，接下來就等用實驗來證實了。
如果成真的話，這真的很厲害！光是「讀一百五十萬篇論文」，你想想就要燒掉幾個研究生的青春？（啊對了，研究生本來就沒有青春，不用讀論文一定有別的事給你做，放心吧！）
Nature新聞：https://www.nature.com/articles/d41586-019-01978-x
Nature論文：https://www.nature.com/articles/s41586-019-1335-8
#超中二物理系主任雜記
#等我征服世界就把鍊金術列為全人類必修
#牛頓也是個煉金術士
#生命宇宙與萬事萬物什麼都馬跟物理有關
#話都給我講就好其之88
圖一：鋼之鍊金術師，等價交換是最高原則！（來源：「牛媽」荒川弘／SQUARE ENIX）
圖二：利用自然語言處理將150萬篇論文中出現的材料分類（來源：Nature）
圖三：以人工智慧預測新的熱電材料，詳見內文（來源：Nature）
#物理＋#人工智慧＝超級 #煉金術士！這可是物理界的大事！今年是...