Machine-learning-enhanced density functional theory calculations

密度泛函理论 可转让性 还原(数学) 能量(信号处理) 简单(哲学) 电离 统计物理学 物理 近似误差 化学 能源消耗 计算物理学 算法 计算化学 计算机科学 原子物理学 系统误差 度量(数据仓库) 平均绝对误差 材料科学 电离能 分子 数学 分子物理学 总能量 价值(数学) 电子密度 功能理论 电子 含时密度泛函理论
作者
Ya-Lun Zheng,Yang Zhou,Yiling Zhu,Yuan Zhuang,ChiYung Yam,Zi-Hao Chen,Zipeng An,Xiao Zheng,Zi-yang Hu,GuanHua Chen
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:163 (18)
标识
DOI:10.1063/5.0295366
摘要

Machine learning has been widely applied to improve accuracy in computational chemistry. Here, we present a simple yet efficient machine-learning post-correction model that can calibrate the total energy from density functional theory’s (DFT) value to the coupled cluster’s one by training on energy differences between them across 56 small molecules from the G2 dataset. Our approach has significantly reduced the error of absolute energy from 358.7 kcal/mol of DFT calculations to 1.3 kcal/mol on that dataset. Moreover, a reduction in errors of relative energies, including atomization energies, ionization potentials, electron affinities, noncovalent interactions, reaction energies, and barrier heights, on dozens of other datasets demonstrates the strong transferability and applicability of our model. In addition, our method only performs a single post-processing correction step following standard DFT calculations, thus incurring a minor additional time consumption of 0.69 s on average for G2 molecules. This study thus elucidates a systematic and efficient approach for enhancing the accuracy of DFT energy-related calculations.

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