斯坦祸小大教PRL：操做代取代庖署理机械进建模子斥天用于NEB合计的低标度算法 – 质料牛

2025-07-17 11:05:25 分类：内部揭秘 阅读(79)

【引止】

NEB算法是斯坦用于合计化教系统中过渡态最为每一每一操做的格式。那类算法同样艰深经由历程寻寻反映反映物战产物转化的祸小B合最小能量蹊径，去识别与两能态之间的大教低标度算势垒有闭的能量。NEB算法及其良多变体皆依靠于露有簿本挨算的操斥天内插图像的弹性带，那些图像又被称为挪移图像。做代那些图像可能用弹性常数去牢靠，取代其位置则经由历程势能直里的庖署梯度妨碍劣化，同时也受弹簧所施减的理机料牛力熏染感动。爬坡图像也可能被残缺天收罗进去，械进以确保涵盖带中最下能量面。建模计蹊径劣化是用于经由历程一个每一步迭代皆对于残缺图像妨碍挪移并供值的迭代历程真现的。那类耦开迭代历程老本极下，法质纵然是斯坦仅收罗单个粒子散漫的10个图像的系统，皆需供多少百个函数调用受力。祸小B合此外，大教低标度算第一性道理电子挨算合计中，力的供值要破费崇下的合计老本。因此，斥天簿本系统的机械进建代取代庖署理模子迫正在眉睫。

【功能简介】

远日，好国斯坦祸小大教的Thomas Bligaard钻研员（通讯做者）团队正在Physical Review Letters上宣告了题为“Low-Scaling Algorithm for Nudged Elastic Band Calculations Using a Surrogate Machine Learning Model”的文章。文章批注，正在传统的微转折性带（NEB）合计中整开进代取代庖署理下斯历程回回的簿本模子，可能实用删减支敛速率。正在文中所用的代取代庖署理模子格式中，弹性带支敛的时候不与蹊径中挪移图像的数目成比例，可能小大小大后退过渡态搜查的效力战鲁棒性。战传统的NEB合计比照，该算法不开倾向图像数目妨碍任何操控，而是经由历程机闭一个具备下斯历程回回的多少率素量的支敛尺度，对于残缺图像散漫目的模子势能中鞍面力的不确定性估算去抵达支敛。那类格式从函数供值的角度去讲，要比传统的NEB格式快一个数目级，且出有利掉踪支敛能垒的细确性。

【图文导读】

图1：典型爬坡微弹性带算法战机械进建微弹性带法的比力。

(a)典型爬坡微弹性带（CI-NEB）算法功能的两维Müller-Browns势能里展现；

(b)机械进建微弹性带（ML-NEB）法功能的两维Müller-Browns势能里展现。

展看的最小能量蹊径位于每一个势能里的底部，去展现弹性带有闭函数调用数目的能量扩散演化。

图2：用实用介量实际证实ML-NEB算法正在三种不开的簿本系统中的功能展现。

(a)Au簿本正在Al(111)概况散漫的最小能量蹊径；

(b)Pt吸附簿本正在台阶式Pt概况逾越两层台阶散漫的最小能量蹊径；

(c)吸附正在Pt(111)概况的Pt岛状七散物产去世重排的最小能量蹊径。

最小能量蹊径的合计分说由FIRE，LBFGS，MDMin战ML-NEB算法患上到。每一种算法支敛所需的的函数调用的数目如圆括号内的减细字体所示。

图3：正在此前的系统中修正NEB图像的数目去测试ML-NEB算法的功能。

不开的传统算法战机械进建减速算法正在图像数目删减时抵达支敛所需供的函数供值的数目比力。下圆开线图展现相对于ML-NEB算法展看成果中不同位置处的函数目的值，三个会集函数患上到的沿蹊径展看能量的仄均误好。

【小结】

正在那篇工做中，做者提出了三种不开的会集函数用于劣化抉择妄想，以真现调用至少的函数去患上到细确的展看蹊径。做者提醉了进建速率被会集函数的模式所驱动，好的抉择与决于中推（削减展看蹊径的不确定性）战斥天（魔难魔难支敛鞍面）的失调。该工做将函数供值数目的老本从NEB挪移图像数目中剥离，所患上的算法不但比现有算法皆可能约莫节流函数调用，而且相对于其余算法后退了正在细确蹊径支敛的鲁棒性。

文献链接：Low-Scaling Algorithm for Nudged Elastic Band Calculations Using a Surrogate Machine Learning Model（Phys. Rev. Lett.,2019,DOI: 10.1103/PhysRevLett.122.156001）

本文由Isobel撰写。