ReaxFF-MPNN machine learning potential: a combination of reactive force field and message passing neural networks

文献情報

出版日 2021-08-10
DOI 10.1039/D1CP01656C
インパクトファクター 3.676
著者

Li-Yuan Xue, Yu-Shi Wen, Shi-Quan Feng, Xiao-Na Huang, Lei Guo, Heng-Shuai Li, Shou-Xin Cui, Gui-Qing Zhang


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要旨

Reactive force field (ReaxFF) is a powerful computational tool for exploring material properties. In this work, we proposed an enhanced reactive force field model, which uses message passing neural networks (MPNN) to compute the bond order and bond energies. MPNN are a variation of graph neural networks (GNN), which are derived from graph theory. In MPNN or GNN, molecular structures are treated as a graph and atoms and chemical bonds are represented by nodes and edges. The edge states correspond to the bond order in ReaxFF and are updated by message functions according to the message passing algorithms. The results are very encouraging; the investigation of the potential, such as the potential energy surface, reaction energies and equation of state, are greatly improved by this simple improvement. The new potential model, called reactive force field with message passing neural networks (ReaxFF-MPNN), is provided as an interface in an atomic simulation environment (ASE) with which the original ReaxFF and ReaxFF-MPNN potential models can do MD simulations and geometry optimizations within the ASE. Furthermore, machine learning, based on an active learning algorithm and gradient optimizer, is designed to train the model. We found that the active learning machine not only saves the manual work to collect the training data but is also much more effective than the general optimizer.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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