A foundation model for atomistic materials chemistry

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作者
Ilyes Batatia,Philipp Benner,Yuan Chiang,Alin M. Elena,Dávid P. Kovács,Janosh Riebesell,Xavier R. Advincula,Mark Asta,Matthew Avaylon,William J. Baldwin,Fabian Berger,Noam Bernstein,Arghya Bhowmik,Filippo Bigi,Samuel M. Blau,Vlad Cărare,Michele Ceriotti,Sanggyu Chong,James P. Darby,Sandip De
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:163 (18)
标识
DOI:10.1063/5.0297006
摘要

Atomistic simulations of matter, especially those that leverage first-principles (ab initio) electronic structure theory, provide a microscopic view of the world, underpinning much of our understanding of chemistry and materials science. Over the last decade or so, machine-learned force fields have transformed atomistic modeling by enabling simulations of ab initio quality over unprecedented time and length scales. However, early machine-learning (ML) force fields have largely been limited by (i) the substantial computational and human effort required to develop and validate potentials for each particular system of interest and (ii) a general lack of transferability from one chemical system to the next. Here, we show that it is possible to create a general-purpose atomistic ML model, trained on a public dataset of moderate size, that is capable of running stable molecular dynamics for a wide range of molecules and materials. We demonstrate the power of the MACE-MP-0 model—and its qualitative and at times quantitative accuracy—on a diverse set of problems in the physical sciences, including properties of solids, liquids, gases, chemical reactions, interfaces, and even the dynamics of a small protein. The model can be applied out of the box as a starting or “foundation” model for any atomistic system of interest and, when desired, can be fine-tuned on just a handful of application-specific data points to reach ab initio accuracy. Establishing that a stable force-field model can cover almost all materials changes atomistic modeling in a fundamental way: experienced users obtain reliable results much faster, and beginners face a lower barrier to entry. Foundation models thus represent a step toward democratizing the revolution in atomic-scale modeling that has been brought about by ML force fields.
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