大规模有限间隙系统的高通量冷凝相混合密度功能理论:SeA方法
Hsin-Yu Ko1, Marcos F Calegari Andrade2,3, Zachary M Sparrow1
1Department of Chemistry and Chemical Biology, Cornell University, Ithaca, New York 14853, United States.
Journal of chemical theory and computation
|June 29, 2023
概括
一个新的SeA框架显著加快了材料科学的高通量混合密度函数理论 (DFT) 计算. 这种计算效率使得精确的电子结构分析和机器学习模型训练能够用于像液态水这样的复杂系统.
科学领域:
- 计算材料科学科学 计算材料科学
- 量子化学 是一个量子化学.
- 凝聚物质物理学 凝聚物质物理学
背景情况:
- 使用密度函数理论 (DFT) 的高通量电子结构计算对于材料发现和分析至关重要.
- 混合函数通过减少自我交互错误来提高准确性,但在计算上昂贵,限制了它们的高吞吐量应用.
- 现有的方法与大型系统准确的混合DFT的计算成本作斗争.
研究的目的:
- 开发一个高通量冷凝相混合DFT计算的计算效率高,准确的框架.
- 为了使混合DFT方法能够应用于更大的系统,并加速材料选和机器学习.
- 通过一个原则证明应用来证明框架的能力,开发液态水的机器学习潜力.
主要方法:
- 开发了SeA (SCDM + exx + ACE) 框架,集成密度矩阵方法 (SCDM) 的选定列,线性缩放精确交换 (exx) 和自适应压缩交换 (ACE).
- 在量子ESPRESSO (QE) 代码中实现了SeA,利用轨道定位和低级近似来节省计算成本.
- 将SeA应用于一组多样化的200个不平衡水配置,并训练了深度神经网络 (DNN) 的潜力.
主要成果:
- 与传统方法相比,SeA实现了1-2级的加速度 (78-247倍),与现有的加速方法相比,达到8-26倍.
- 该框架提供了高保真性能量和离子力,在各种水密度和系统大小中得到验证.
- 在非环境条件下,使用SeA准确预测大型水系统 (>1500原子) 的特征的训练DNN潜力.
结论:
- 这种SeA方法为高通量混合DFT提供了一个强大的,准确的和计算效率高的解决方案.
- 这一框架显著降低了在材料科学和机器学习中应用精确电子结构方法的障碍.
- 对于复杂的冷凝相系统,SeA为大规模模拟和数据生成开辟了新的途径.
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