Внутри батареи, как в многослойном пироге, соседствуют разные твёрдые слои. Место их встречи — граница — ведёт себя капризно: там концентрируются напряжения, и со временем батарея стареет. Чтобы понять эти процессы, нужны компьютерные модели, которые видят каждый атом. Но точные расчёты слишком дороги, а быстрые — слишком грубы.
Авторы работы предлагают метод FIRE — способ дообучения универсальной модели на конкретную задачу. Модель сначала учится на множестве разных материалов, а потом, как повар, который пробует новое блюдо и корректирует рецепт, доводит свои предсказания до точности дорогих квантовых расчётов. При этом данных нужно в десять раз меньше, чем обычно.
Проверка на шести разных границах в батареях показала: ошибка в энергии — меньше одной тысячной электронвольта на атом, а в силах — около двадцати миллиэлектронвольт на ангстрем. Это в десять раз точнее прежних моделей. Обученная модель верно воспроизвела механические и электрохимические свойства материалов, совпав с экспериментами.
Метод FIRE открывает дорогу к предсказательному моделированию материалов, которое раньше было невозможно из-за вычислительных затрат. Такие модели помогут проектировать батареи с более долгим сроком службы и лучшей безопасностью.
Энергия в один электронвольт примерно равна энергии, которую получает электрон, пролетев через батарейку напряжением один вольт. Ошибка модели в тысячу раз меньше этой величины.