磁系统的机器学习原子间电位的准确性和局限性:关于Fe-Cr-C的案例研究
E O Khazieva1, N M Chtchelkatchev2, N N Katkov1
1Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Institute of Metallurgy, Vatolin , of the , Amundsena Street 101, Yekaterinburg 620016, Russia.
磁性材料的机器学习原子间电位 (MLIP) 需要仔细选择训练数据. 对于动态性质,非磁性数据是足够的,而对于磁性合金的静态性质,旋极化数据至关重要.
科学领域:
- 计算材料科学科学 计算材料科学
- 凝聚物质物理学 凝聚物质物理学
- 材料 信息学 信息学
背景情况:
- 机器学习的原子间潜力 (MLIP) 对于原子模拟越来越重要.
- 将MLIP应用于磁性材料是具有挑战性的,因为需要考虑旋转波动.
- 该Fe-Cr-C系统在技术上具有重要意义,使其成为磁合金模拟的关键测试案例.
研究的目的:
- 调查训练数据 (非磁性与自旋偏振) 对磁性合金MLIP精度的影响.
- 为构建磁性材料的MLIP开发高效的策略,包括转移学习.
- 将专业MLIP的性能与最先进的基础模型进行比较.
主要方法:
- 使用DeePMD框架构建了两个深度机器学习潜力 (DP-NM,DP-M),分别在非磁性和自旋极化DFT数据上进行训练.
- 采用转移学习策略:对非磁性数据进行预训练,然后对旋极化数据进行微调.
- 根据实验数据验证的MLIP,并根据动态和静态性质的基础模型 (MACE,GRACE,DPA3) 进行基准测试.
主要成果:
- 非磁训练电位 (DP-NM) 准确地重现了诸如粘度和点之类的动态性质.
- 旋极化训练电位 (DP-M) 在描述密度等静态性质方面表现出色,特别是在富含铁的合金中.
- 转移学习显著降低了自旋偏振数据的计算成本,超过一个数量级.
- 基础模型虽然在微调后准确,但在分子动力学模拟中速度较慢.
结论:
- 非磁性训练数据对于准磁性化的动态性质是充足的.
- 旋转极化训练对于铁磁相的精确静态特性至关重要.
- 建立了磁合金中的MLIP的明确设计原则,指导高效的开发,并澄清了基础模型和转移学习的作用.
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