Skip to main content
CenXiv.org
此网站处于试运行阶段,支持我们!
我们衷心感谢所有贡献者的支持。
贡献
赞助
cenxiv logo > cond-mat > arXiv:2508.21663

帮助 | 高级搜索

凝聚态物理 > 材料科学

arXiv:2508.21663 (cond-mat)
[提交于 2025年8月29日 ]

标题: 基于通用机器学习原子间势的表面稳定性建模:全面的解理能基准研究

标题: Surface Stability Modeling with Universal Machine Learning Interatomic Potentials: A Comprehensive Cleavage Energy Benchmarking Study

Authors:Ardavan Mehdizadeh, Peter Schindler
摘要: 机器学习原子间势(MLIPs)通过弥合量子力学精度与经典模拟效率之间的差距,彻底改变了计算材料科学,使对周期表中材料特性的前所未有的探索成为可能。 尽管它们在预测体材料性质方面取得了显著成功,但尚未有系统评估来确定这些通用MLIPs(uMLIPs)在预测断裂能方面的表现,断裂能是决定断裂、催化、表面稳定性和界面现象的关键性质。 在此,我们使用我们之前建立的包含36,718个层状结构的密度泛函理论(DFT)数据库,对19种最先进的uMLIPs进行了全面基准测试,该数据库涵盖了元素、二元和三元金属化合物。 我们评估了多种架构范式,并分析了它们在化学组成、晶体系统、厚度和表面取向方面的性能。 我们的结果表明,训练数据的组成比架构的复杂性更为重要:在Open Materials 2024(OMat24)数据集上训练的模型,该数据集强调非平衡构型,在87%的情况下能够正确识别热力学最稳定的表面终止,且没有任何显式的表面能训练,其平均绝对百分比误差低于6%。 相比之下,在仅基于平衡数据集训练的架构相同模型表现出五倍高的误差,而在表面吸附物数据上训练的模型则灾难性地失败,误差增加了17倍。 值得注意的是,使用适当数据训练的简单架构在准确性上可以与复杂的变换器相媲美,同时提供10-100倍的计算速度提升。 这些发现表明,社区应关注战略性的训练数据生成,以捕捉相关的物理现象。
摘要: Machine learning interatomic potentials (MLIPs) have revolutionized computational materials science by bridging the gap between quantum mechanical accuracy and classical simulation efficiency, enabling unprecedented exploration of materials properties across the periodic table. Despite their remarkable success in predicting bulk properties, no systematic evaluation has assessed how well these universal MLIPs (uMLIPs) can predict cleavage energies, a critical property governing fracture, catalysis, surface stability, and interfacial phenomena. Here, we present a comprehensive benchmark of 19 state-of-the-art uMLIPs for cleavage energy prediction using our previously established density functional theory (DFT) database of 36,718 slab structures spanning elemental, binary, and ternary metallic compounds. We evaluate diverse architectural paradigms, analyzing their performance across chemical compositions, crystal systems, thickness, and surface orientations. Our results reveal that training data composition dominates architectural sophistication: models trained on the Open Materials 2024 (OMat24) dataset, which emphasizes non-equilibrium configurations, achieve mean absolute percentage errors below 6% and correctly identify the thermodynamically most stable surface terminations in 87% of cases, without any explicit surface energy training. In contrast, architecturally identical models trained on equilibrium-only datasets show five-fold higher errors, while models trained on surface-adsorbate data fail catastrophically with a 17-fold degradation. Remarkably, simpler architectures trained on appropriate data achieve comparable accuracy to complex transformers while offering 10-100x computational speedup. These findings show that the community should focus on strategic training data generation that captures the relevant physical phenomena.
评论: 共70页(主论文+补充信息),正文中有4张图,多张补充图和表格
主题: 材料科学 (cond-mat.mtrl-sci) ; 机器学习 (cs.LG); 计算物理 (physics.comp-ph)
引用方式: arXiv:2508.21663 [cond-mat.mtrl-sci]
  (或者 arXiv:2508.21663v1 [cond-mat.mtrl-sci] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2508.21663
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Ardavan Mehdizadeh [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2025 年 8 月 29 日 14:24:47 UTC (3,967 KB)
全文链接:

获取论文:

    查看标题为《》的 PDF
  • 查看中文 PDF
  • 查看 PDF
  • HTML(实验性)
  • TeX 源代码
  • 其他格式
查看许可
当前浏览上下文:
cond-mat.mtrl-sci
< 上一篇   |   下一篇 >
新的 | 最近的 | 2025-08
切换浏览方式为:
cond-mat
cs
cs.LG
physics
physics.comp-ph

参考文献与引用

  • NASA ADS
  • 谷歌学术搜索
  • 语义学者
a 导出 BibTeX 引用 加载中...

BibTeX 格式的引用

×
数据由提供:

收藏

BibSonomy logo Reddit logo

文献和引用工具

文献资源探索 (什么是资源探索?)
连接的论文 (什么是连接的论文?)
Litmaps (什么是 Litmaps?)
scite 智能引用 (什么是智能引用?)

与本文相关的代码,数据和媒体

alphaXiv (什么是 alphaXiv?)
CatalyzeX 代码查找器 (什么是 CatalyzeX?)
DagsHub (什么是 DagsHub?)
Gotit.pub (什么是 GotitPub?)
Hugging Face (什么是 Huggingface?)
带有代码的论文 (什么是带有代码的论文?)
ScienceCast (什么是 ScienceCast?)

演示

复制 (什么是复制?)
Hugging Face Spaces (什么是 Spaces?)
TXYZ.AI (什么是 TXYZ.AI?)

推荐器和搜索工具

影响之花 (什么是影响之花?)
核心推荐器 (什么是核心?)
IArxiv 推荐器 (什么是 IArxiv?)
  • 作者
  • 地点
  • 机构
  • 主题

arXivLabs:与社区合作伙伴的实验项目

arXivLabs 是一个框架,允许合作伙伴直接在我们的网站上开发和分享新的 arXiv 特性。

与 arXivLabs 合作的个人和组织都接受了我们的价值观,即开放、社区、卓越和用户数据隐私。arXiv 承诺这些价值观,并且只与遵守这些价值观的合作伙伴合作。

有一个为 arXiv 社区增加价值的项目想法吗? 了解更多关于 arXivLabs 的信息.

这篇论文的哪些作者是支持者? | 禁用 MathJax (什么是 MathJax?)
  • 关于
  • 帮助
  • contact arXivClick here to contact arXiv 联系
  • 订阅 arXiv 邮件列表点击这里订阅 订阅
  • 版权
  • 隐私政策
  • 网络无障碍帮助
  • arXiv 运营状态
    通过...获取状态通知 email 或者 slack

京ICP备2025123034号