面向表面与延伸缺陷的 34 个 OpenKIM 镍势能基准测试
材料科学
2025-10-22 v1
摘要
我们提出了一个用于面向面内fcc 镍的自动化基准测试套件，评估 47 项量化指标，涵盖标准测试（状态方程、弹性常数、表面能和声子）以及特定应用场景，如缺陷形成与迁移、晶界、步缝、近距离相互作用以及空位簇能量。使用这一框架，我们评估了 OpenKIM 仓库中的 34 个原子势能，包括成对势能、嵌入式原子势能、修改型嵌入式原子势能、角度依赖势能和谱邻域分析势能（SNAP）。结果与文献中编纂的 ab initio 基准进行比较。大多数势能准确再现晶格参数、弹性常数和表面能，但在迁移势垒和短程压缩方面的预测精度下降。主成分分析识别出相关的性质组，并揭示与迁移和短程物理相关的部分正交分量，揭示了不同准确性领域之间的 Pareto 权衡。SNAP 模型占据最低误差的前沿，尽管有些嵌入式原子势能在多个指标上仍具竞争力。该框架为势能选择提供了可重复的基准，突显了不同形式化方法中的系统性局限性，并支持开发下代机器学习势能（如 Ni 和 Ni 合金）的基准-在-循环策略。
引用
@article{arxiv.2510.18033,
title = {Benchmarking 34 OpenKIM Nickel Potentials with an Emphasis on Surfaces and Extended Defects},
author = {Matthew Thoms and Hao Sun and Laurent Karim Béland},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.18033},
year = {2025}
}
备注
38 pages, 10 figures, to be submitted to computational materials science, code available at https://gitlab.com/mattmtl/ni-pots-tests