Machine Learning-Assisted Hybrid ReaxFF Simulations

雷亚克夫 分子动力学 力场(虚构) 化学 计算机科学 计算化学 人工智能 原子间势
作者
Dündar E. Yılmaz,W. Hunter Woodward,Adri C. T. van Duin
出处
期刊:Journal of Chemical Theory and Computation [American Chemical Society]
卷期号:17 (11): 6705-6712 被引量:14
标识
DOI:10.1021/acs.jctc.1c00523
摘要

We have developed a machine learning (ML)-assisted Hybrid ReaxFF simulation method ("Hybrid/Reax"), which alternates reactive and non-reactive molecular dynamics simulations with the assistance of ML models to simulate phenomena that require longer time scales and/or larger systems than are typically accessible to ReaxFF. Hybrid/Reax uses a specialized tracking tool during the reactive simulations to further accelerate chemical reactions. Non-reactive simulations are used to equilibrate the system after the reactive simulation stage. ML models are used between reactive and non-reactive stages to predict non-reactive force field parameters of the system based on the updated bond topology. Hybrid/Reax simulation cycles can be continued until the desired chemical reactions are observed. As a case study, this method was used to study the cross-linking of a polyethylene (PE) matrix analogue (decane) with the cross-linking agent dicumyl peroxide (DCP). We were able to run relatively long simulations [>20 million molecular dynamics (MD) steps] on a small test system (4660 atoms) to simulate cross-linking reactions of PE in the presence of DCP. Starting with 80 PE molecules, more than half of them cross-linked by the end of the Hybrid/Reax cycles on a single Xeon processor in under 48 h. This simulation would take approximately 1 month if run with pure ReaxFF MD on the same machine.
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