Revealing the molecular structures of α-Al2O3(0001)–water interface by machine learning based computational vibrational spectroscopy

极化率 偶极子 力矩(物理) 分子动力学 化学 和频产生 拉曼光谱 谱线 光谱学 计算化学 分子物理学 计算物理学 分子 物理 光学 经典力学 非线性光学 量子力学 有机化学 激光器
作者
Xianglong Du,W. W. Shao,Chenglong Bao,Linfeng Zhang,Jun Cheng,Fujie Tang
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:161 (12) 被引量:10
标识
DOI:10.1063/5.0230101
摘要

Solid–water interfaces are crucial to many physical and chemical processes and are extensively studied using surface-specific sum-frequency generation (SFG) spectroscopy. To establish clear correlations between specific spectral signatures and distinct interfacial water structures, theoretical calculations using molecular dynamics (MD) simulations are required. These MD simulations typically need relatively long trajectories (a few nanoseconds) to achieve reliable SFG response function calculations via the dipole moment–polarizability time correlation function. However, the requirement for long trajectories limits the use of computationally expensive techniques, such as ab initio MD (AIMD) simulations, particularly for complex solid–water interfaces. In this work, we present a pathway for calculating vibrational spectra (IR, Raman, and SFG) of solid–water interfaces using machine learning (ML)-accelerated methods. We employ both the dipole moment–polarizability correlation function and the surface-specific velocity–velocity correlation function approaches to calculate SFG spectra. Our results demonstrate the successful acceleration of AIMD simulations and the calculation of SFG spectra using ML methods. This advancement provides an opportunity to calculate SFG spectra for complicated solid–water systems more rapidly and at a lower computational cost with the aid of ML.
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