Robust Machine Learned Inter-atomic Potentials for Molecular Dynamics Simulations
Notice bibliographique
Résumé
Molecular Dynamics (MD) simulations accelerated material discovery by performing property prediction at scales higher than Density functional theory (DFT). To make property prediction from MD simulations more robust, we propose an uncertainty quantification framework. The developed framework considers uncertainty in the parameters of the interatomic potential (IP) used to compute energy/forces between a set of atoms. We considered two distinct potentials namely AIREBO and Embedded atom method. The material of choice are graphene and aluminium. Sensitivity analysis was performed to understand the effects of IP parameter change on the final properties of interest. The sensitivity analysis showed that by varying the potential parameters as small as by 1%, the variance in the resulting mechanical properties was as high as 1e5. Basic properties such as elastic constant of graphene showed variation of 66% by changing AIREBO parameters only by 0.5%. Based on the sensitivity analysis results, a new robust version of each IP (AIREBO/EAM) was developed using Bayesian methodologies. Using samples from the resulting posterior distribution, MD simulations were performed and error bars for each property was obtained. The variance in the properties was within experimental tolerance exhibiting the reduction in sensitivity for both the material systems. It can be challenging to obtain a single classical IP to describe the interactions involved in multi-element systems. Various machine learning based potentials have been proposed to overcome this limitation however their computational cost can be high. The proposed model approximates the energy/forces using a linear combination of random features at a lower computational cost. This study provides results for three classes of materials, namely two-dimensional materials, metals, and semiconductors. Force and energy predictions made using the proposed method are in close agreement with density functional theory calculations, with training time that is 96% lower than standard kernel models. This study also develops IPs for High Entropy alloys based on random features. MD simulations for mechanical and thermal properties are within 7% of the corresponding DFT values. Complex interactions present at high temperatures were also correctly identified by the proposed IP.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,003 | 0,004 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,002 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,000 |
| Communication savante | 0,002 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,004 | 0,002 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; les deux têtes enseignantes s’accordent sur ce qui est montré ici.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».