Increasing Efficiency of Nonadiabatic Molecular Dynamics by Hamiltonian Interpolation with Kernel Ridge Regression

绝热过程 分子动力学 哈密顿量(控制论) 激发态 统计物理学 溶剂化 核(代数) 物理 化学 计算物理学 量子力学 分子 数学 数学优化 组合数学
作者
Yifan Wu,Natalie Prezhdo,Weibin Chu
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry A [American Chemical Society]
卷期号:125 (41): 9191-9200 被引量:9
标识
DOI:10.1021/acs.jpca.1c05105
摘要

Nonadiabatic (NA) molecular dynamics (MD) goes beyond the adiabatic Born-Oppenheimer approximation to account for transitions between electronic states. Such processes are common in molecules and materials used in solar energy, optoelectronics, sensing, and many other fields. NA-MD simulations are much more expensive compared to adiabatic MD due to the need to compute excited state properties and NA couplings (NACs). Similarly, application of machine learning (ML) to NA-MD is more challenging compared with adiabatic MD. We develop an NA-MD simulation strategy in which an adiabatic MD trajectory, which can be generated with a ML force field, is used to sample excitation energies and NACs for a small fraction of geometries, while the properties for the remaining geometries are interpolated with kernel ridge regression (KRR). This ML strategy allows for one to perform NA-MD under the classical path approximation, increasing the computational efficiency by over an order of magnitude. Compared to neural networks, KRR requires little parameter tuning, saving efforts on model building. The developed strategy is demonstrated with two metal halide perovskites that exhibit complicated MD and are actively studied for various applications.

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