Local atomic energy regularization with posterior information optimization in machine-learning interatomic potentials

正规化(语言学) 原子间势 计算机科学 能量最小化 统计物理学 物理 人工智能 分子动力学 量子力学
作者
Yanxiao Hu,Sheng Ye,Jing Huang,Xiaoxin Xu,Yabei Wu,Caichao Ye,Jiong Yang,Wenqing Zhang
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:112 (6)
标识
DOI:10.1103/lrb4-qhkl
摘要

Decomposition of global properties (e.g., total energy) into local entities, as implemented in machine-learning- and neural-network-driven materials modeling, inherently introduces uncertainty due to the physically undefined nature of local properties. The validity of local decomposition constitutes an essential but still debated consideration in current studies. To address this ambiguity, we introduce a probabilistic atomic energy regularization (AER) framework designed to constrain local energy projections in machine learning interatomic potentials (MLIPs). The essence of AER is to regulate local-environment-determined atomic properties by incorporating statistically significant long-range correlations, thereby establishing a probability-based framework that selectively filters local decomposition incompatible with established correlation constraints. Beyond significantly improving decomposition robustness in regular solids, AER demonstrates excellent physical scalability as evidenced by the thermal transport simulations for $\ensuremath{\beta}\text{\ensuremath{-}}\mathrm{C}{\mathrm{u}}_{1.95}\mathrm{Se}$ with highly fluctuating local environment and higher-order nonlinearity. Our findings not only underscore the critical role of prior beliefs in MLIP development but also offer a generalized framework for resolving property decomposition controversies across data-driven machine-learning models.
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