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研究进展:机器学习-自适应混合密度泛函-量子化学 | Science Advances

今日新材料  · 公众号  ·  · 2025-02-03 00:00

正文

Hartree-Fock (HF) 交换 (also referred to as exact exchange) 贡献显著影响了电子态,影响共价键的形成和断裂。混合密度泛函近似,根据经验平均精确的交换混合物,已经取得了成功,但由于离域误差而达不到高水平的量子化学精度。

近日,加拿大多伦多大学(University of Toronto)Danish Khan,O. Anatole von Lilienfeld等,在Science Advances上发文,提出了自适应混合泛函,利用数据高效的量子机器学习模型,以可忽略开销,动态生成了最优精确交换混合比。

自适应Perdew-Burke-Ernzerhof混合密度泛函 (aPBE0),提升了 QM9, QM7b和GMTKN55基准数据集的能量学、电子密度和HOMO-LUMO能隙。

基于模型不确定性的约束,将该方法平滑地减少到外推机制中PBE0,确保了有限训练的普遍适用性。通过调节不同自旋态的HF交换分数,APBE0有效地解决了开壳层系统(如卡宾)中的自旋能隙问题。

还提出了修正QM9 (revQM9)数据集,该数据集,具有更精确的量子特性,包括更强的共价结合、更大的带隙、更局域化的电子密度和更大的偶极矩。

Adapting hybrid density functionals with machine learning.

基于机器学习,自适应混合密度泛函。


图1. aPBE0方法的工作流程。

图2: aPBE0基础模型处理各种性质和有机化合物分布的可转移性试验。

图3. aPBE0方法,基于GMTKN55热化学、动力学和非共价相互作用基准的化学相关任务的适用性。

图4. 有机自由基(卡宾)中,垂直单线态-三线态自旋间隙的估计。







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