Machine learning, especially deep learning, can build a direct mapping from structure to properties with its huge parameter space, making it possible to perform high-throughput screening for the desired properties of materials. However, since the electronic Hamiltonian transforms non-trivially under rotation operations, it is challenging to accurately predict the electronic Hamiltonian while strictly satisfying this constraint. There is currently a lack of transferable machine learning models that can bypass the computationally demanding density functional theory (DFT) to obtain the ab initio Hamiltonian of molecules and materials by complete data-driven methods. In this work, we point out the necessity of explicitly considering the parity symmetry of the electronic Hamiltonian in addition to rotational equivariance. We propose a parameterized Hamiltonian that strictly satisfies rotational equivariance and parity symmetry simultaneously, based on which we develop an E(3) equivariant neural network called HamNet to predict the ab initio tight-binding Hamiltonian of various molecules and solids. The tests show that this model has similar transferability to that of machine learning potentials and can be applied to a class of materials with different configurations using the same set of trained network weights. The proposed framework provides a general transferable model for accelerating electronic structure calculations.


翻译:特别是深层学习,机器学习能够建立从结构到具有巨大参数空间的属性的直接绘图,从而能够对所需材料的特性进行高通量筛选。然而,由于电子汉密尔顿仪在轮值操作中非三相转换,因此在严格满足这一限制的同时准确预测电子汉密尔顿仪具有挑战性。目前缺乏可转移的机器学习模型,这种模型可以绕过计算要求密度功能理论(DFT),通过完整的数据驱动方法获得分子和材料的初始汉密尔顿仪。在这项工作中,我们指出有必要明确考虑电子汉密尔顿仪在轮值变异性之外对等性进行电子汉密尔顿仪的等同性。我们提议一个参数化的汉密尔顿仪,严格满足轮值变异性和对等性对等性,同时严格满足这一制约。我们据此开发了一个E(3) 等异性神经网络,称为HamNet,以预测各种分子和固体的初始紧凑的汉密尔顿仪。测试表明,这一模型具有与机器学习潜力的相似的转移性,并且可以应用到一个具有可移动结构结构结构的类别,以加速计算。

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