基于高斯过程回归的钨的第一性原理原子间势

对原子相互作用的精确描述，例如第一性原理量子力学所提供的，是真实预测控制金属塑性、断裂或裂纹扩展性质的基础。然而，现代基于量子力学的方案相关的计算复杂性将其应用限制在最多几百个原子的系统。本论文研究了高斯近似势（GAP）方案在钨原子建模中的应用——钨是一种体心立方过渡金属，表现出脆-韧转变，其塑性行为由1/2 <111>螺位错的性质控制。我们应用高斯过程回归从原子构型空间中的一组点插值量子力学（QM）势能面。我们的训练数据基于直接使用密度泛函理论（DFT）计算的QM信息。为了进行拟合，我们使用一组旋转、置换和反射不变参数来表示原子环境，这些参数作为非参数非线性回归方程中的自变量。我们开发了一个生成GAP模型的协议，通过构建一系列钨的原子间势，能够描述金属中的晶格缺陷。然后我们证明，基于原子位置平滑重叠（SOAP）协方差函数的GAP势提供了与DFT模型一致的1/2 <111>螺位错描述。我们利用该势通过计算Peierls势垒来模拟1/2 <111>螺位错的迁移率，并在包含超过10万个原子的系统中以QM精度模拟位错-空位相互作用。