材料科学家和工程师希望准确了解电子在新材料中如何相互作用和移动，以及用这些材料制成的设备将如何工作。电流在材料内是否能顺利流动?材料在某个温度下会变成超导，使电流无需电源即可流动?电子自旋的量子态在新的电子和量子设备中能保持多长时间?

材料物理学家团体试图通过了解材料内部发生的情况、计算其行为直至单个电子相互作用和原子运动的水平来解决这些问题。

现在，加州理工学院的一个研究小组取得了一项重要发现，有助于简化此类计算，在保持准确性的同时将其速度提高 50 倍或更多。因此，可以计算更复杂材料和设备中的电子相互作用，并开发以前认为不可能的新计算。

在《物理评论 X》杂志上发表的一篇新论文中，加州理工学院应用物理学研究生姚罗、他的导师、应用物理学、物理学和材料科学教授马可·贝尔纳迪和同事描述了一种实现这些进步的新数据驱动方法。他们的方法简化了用于表示材料中电子与原子振动(或声子，可视为振动能量的单个单位)之间相互作用的密集计算矩阵。

罗和伯纳迪表示，新方法使他们仅使用通常用于解决此类问题的 1% 到 2% 的数据，大大加快了计算速度，并在此过程中揭示了决定材料特性的最重要的相互作用。

“这非常令人惊讶，”Bernardi 说。“用压缩矩阵计算的电子-声子相互作用几乎与完整计算一样准确。这极大地减少了计算时间和内存使用量，在大多数情况下大约减少了两个数量级。这也是奥卡姆剃刀的一个优雅例子，即倾向于使用参数数量最少的简单物理模型。”

为该领域寻找新的中间立场

该领域的研究人员通常采用两种方法之一来从最基本的层面理解材料。一种方法强调建立最小模型，降低系统的复杂性，以便研究人员可以通过纸笔计算调整一些参数来定性地了解材料。