DMC-ICE13：基于扩散蒙特卡罗与密度泛函理论的常压与高压冰多晶型
材料科学
2025-09-09 v1
摘要
冰是最重要的且最有趣的分子晶体之一，展现出丰富且不断演化的相图。近期的发现意味着如今已有二十种不同的多晶型；这种结构多样性源于氢键与范德华色散力之间微妙的相互作用。如此众多的结构为电子结构理论提供了严峻的检验，密度泛函理论（DFT）往往无法准确刻画各种冰多晶型的相对能量。得益于近期能够准确且高效处理分子晶体的扩散蒙特卡罗（DMC）进展，我们在此提出 DMC-ICE13 数据集；一个包含 13 种冰多晶型晶格能的数据集。该数据集涵盖了常压与高压分子冰多晶型中发现的全部结构复杂性，且在有实验参考能量可用时，我们的 DMC 结果达到了亚化学精度。利用该数据集，我们对范围广泛的 DFT 泛函进行了详尽基准测试。在所考虑的泛函中，我们发现 revPBE-D3 与 RSCAN 以最小误差复现参考绝对晶格能，而 optB86b-vdW 与 SCAN+rVV10 在相对晶格能上表现最佳。我们的结果表明，目前仍缺乏一种对所有相均能可靠表现的单一泛函，且在为所需应用选择最合适泛函时需谨慎。此处获得的见解也可能与液态水及其他氢键与色散键合分子晶体相关。
引用
@article{arxiv.2207.01353,
title = {DMC-ICE13: ambient and high pressure polymorphs of ice from Diffusion Monte Carlo and Density Functional Theory},
author = {Flaviano Della Pia and Andrea Zen and Dario Alfè and Angelos Michaelides},
journal= {arXiv preprint arXiv:2207.01353},
year = {2025}
}