Reconstruction of magnetic configurations using machine learning approaches

Abstract

Title: Reconstruction of magnetic configurations using machine learning approaches Author: Tatiana Vargicová Department: Department of Condensed Matter Physics Supervisor of the bachelor thesis: RNDr. Pavel Baláž, Ph. D. Fyzikální ústav AV ČR Abstract: This work focuses on developing an autoencoder well-suited for reconstruction of magnetic phases with a prospect of future application in phase-recognition task. Specifically, it was investigated how does the autoencoder performance change when Hamiltonian term in added to the loss function, previously computed solely from MSE error. It was found that the effect Hamiltonian inclusion on MSE error is phase specific. Notably for spiral phase, the reconstruction significantly improves. In contrast, for some of the intermediate phases, the reconstruction greatly degrades. This was especially true for the intermediate phase composed of spirals combined with merons. In addition to simple MSE error, it was also investigated whether the reconstruction conserves the energy ascribed to individual spins. It was found that the Hamiltonian term improves the spin-energy conservation for all the magnetic phases. Keywords: neural networks, autoencoder, Heisenberg model, Hamiltonian

Názov práce: Rekonštrukcia magnetických konfigurácí pomocou metód strojového učenia Autor: Tatiana Vargicová Katedra / Ústav: Katedra fyziky kondenzovaných látek Vedúcí bakalárskej práce: RNDr. Pavel Baláž, Ph. D. Fyzikální ústav AV ČR Abstrakt: Táto práca je zameraná na vytvorenie autoencoderu vhodného na rekonštrukciu magnetických konfigurácií s výhľadom na použitie v úlohe rozpoznávania fáz. Konkrétne, skúma sa ako sa zmení úspešnosť autoencodéru ak do jeho stratovej fukcie implementuje Hamiltonián. Bolo zistené, že účinok Hamiltoniánu je špecifický pre danú magnetickú fázu. Pre špirálovú fázu sa rekonštrukcia výrazne zlepší. Naopak, pre niektoré prechodné fázy sa rekonštrukcia veľmi zhorší. To bol najmä prípad špirál s merónmi. Okrem MSE chyby sa vyšetrovala aj chyba zachovania spinovej energie. Zistilo sa, že hamiltoniánový člen zlepšuje zachovanie spinovej energie pre všetky magnetické fázy. Kľúčové slová: neuróvé siete, Heisenbergov model, autoenkóder, rekonštrukcia