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LASP软件3.0版本的最新进展:针对多元素的全局神经网络势函数以及长程相互作用描述符

Recent Implementations in LASP 3.0: Global Neural Network Potential with Multiple Elements and Better Long-Range Description

  • 摘要: 基于神经网络势函数的大尺度原子模拟软件(LASP软件)是我们在2018年开发的软件平台(www.lasphub.com),主要用于针对复杂材料体系的原子模拟. 软件整合了基于机器学习的神经网络势函数计算与全局势能面搜索功能,可以广泛运用于各种材料的结构预测以及化学反应机理研究. 本文介绍了我们在最近发布的LASP软件3.0版本中的一些更新,主要聚焦在针对神经网络势函数的一些重要改进,包括为多元素体系设计的多重神经网络架构,以及为长程相互作用设计的S^7和S^8两个新的基于幂指数结构描述符. 这些新的改进一方面提高了势函数的计算精度,另一方面降低了基于神经网络势函数的大尺度原子模拟软件软件对多元素体系的训练代价. 本文利用Cu-C-H-O神经网络势函数以及Cu(111)表面催化甘油裂解反应这一非均相催化体系对新的功能进行测试,结果表明,通过使用已有的神经网络作为输入,多重神经网络架构可以将训练效率提高50%. 分子动力学模拟结果表明,基于双重网络,以及S^7、S^8结构描述符的CuCHO势函数具有良好的稳定性,且计算精度可以提高1倍.

     

    Abstract: LASP (large-scale atomistic simulation with neural network potential) software developed by our group since 2018 is a powerful platform (www.lasphub.com) for performing atomic simulation of complex materials. The software integrates the neural network (NN) potential technique with the global potential energy surface exploration method, and thus can be utilized widely for structure prediction and reaction mechanism exploration. Here we introduce our recent update on the LASP program version 3.0, focusing on the new functionalities including the advanced neural network training based on the multi-network framework, the newly-introduced S^7 and S^8 power type structure descriptor (PTSD). These new functionalities are designed to further improve the accuracy of potentials and accelerate the neural network training for multiple-element systems. Taking Cu - C - H - O neural network potential and a heterogeneous catalytic model as the example, we show that these new functionalities can accelerate the training of multi-element neural network potential by using the existing single-network potential as the input. The obtained double-network potential CuCHO is robust in simulation and the introduction of S^7 and S^8 PTSDs can reduce the root-mean-square errors of energy by a factor of two.

     

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