Interpolating Nonadiabatic Molecular Dynamics Hamiltonian with Bidirectional Long Short-Term Memory Networks

皮秒 纳秒 哈密顿量(控制论) 分子动力学 计算 统计物理学 物理 计算机科学 算法 计算物理学 量子力学 数学 数学优化 激光器
作者
Bipeng Wang,Ludwig Winkler,Yifan Wu,Klaus‐Robert Müller,Huziel E. Sauceda,Oleg V. Prezhdo
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:14 (31): 7092-7099 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.3c01723
摘要

Essential for understanding far-from-equilibrium processes, nonadiabatic (NA) molecular dynamics (MD) requires expensive calculations of the excitation energies and NA couplings. Machine learning (ML) can simplify computation; however, the NA Hamiltonian requires complex ML models due to its intricate relationship to atomic geometry. Working directly in the time domain, we employ bidirectional long short-term memory networks (Bi-LSTM) to interpolate the Hamiltonian. Applying this multiscale approach to three metal-halide perovskite systems, we achieve two orders of magnitude computational savings compared to direct ab initio calculation. Reasonable charge trapping and recombination times are obtained with NA Hamiltonian sampling every half a picosecond. The Bi-LSTM-NAMD method outperforms earlier models and captures both slow and fast time scales. In combination with ML force fields, the methodology extends NAMD simulation times from picoseconds to nanoseconds, comparable to charge carrier lifetimes in many materials. Nanosecond sampling is particularly important in systems containing defects, boundaries, interfaces, etc. that can undergo slow rearrangements.

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