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[交流] 【求助】ReaxFF 力場參數(shù)化問題請教

以下是引自Simulations on the Thermal Decomposition of a Poly(dimethylsiloxane) Polymer Using the ReaxFF Reactive Force Field，J. AM. CHEM. SOC. 2005, 127, 7192-7202的一個(gè)片段，是關(guān)于ReaxFF力場參數(shù)化的說明，不知道具體是怎么執(zhí)行的，希望有人可以一起探討下。

The force field was constructed by adding quantum chemical (QC) data for systems relevant to PDMS chemistry to the ReaxFF training set for Si/SiO materials. QC data for nonperiodic systems was obtained from DFT calculations performed using Jaguar (version 5.5) using the B3LYP functional and Pople’s 6-311G**++ basis set.22 The Mulliken charges were obtain using Pople’s 6-31G** basis set. To obtain the equation of state for disiloxane diol (HOMe2Si)2O crystal, DFT calculations were performed with the plane-wave code CASTEP (version 3.8) module in Cerius2. The generalized gradient approximation (GGA) proposed by Perdew, Burke, and Ernzerhof was used for the exchange-correlation energy, and ultrasoft pseudopotentials were used to replace the core electrons. We used the Perdew-Wang implementation of GGA with a kinetic energy cutoff of 380 eV. The Monkhorst-Pack scheme was used to generate the k-space grid with a 0.1 Å-1 spacing

請問以上這些具體是怎么操作的？是不是可以理解成 1）、非周期性體系的QC數(shù)據(jù)用 DFT的 B3LYP/6-311G**++ 模型進(jìn)行計(jì)算；2）、Mulliken電荷從6-31G**基組的頻率計(jì)算獲得 3）、HOMe2Si的狀態(tài)方程用Cerius中的CASTEP模塊的Plane-wave方法獲得；4）、使用PBE-GGA計(jì)算關(guān)聯(lián)-交換能，超軟贗勢代替核電子；5）PW-GGA計(jì)算中，動能截?cái)嗳?80eV；6）使用Monkhorst-Pack方案產(chǎn)生k-space格點(diǎn)，空間間隔為0.1埃？

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1樓 2011-04-13 14:53:31

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mophyworld(金幣+10): O(∩_∩)O謝謝！ 2011-05-19 09:48:50
heyo_123(金幣+12): 回答問題，LZ（mophyworld）饋贈！ 2011-05-20 15:39:34

你這里提到的細(xì)節(jié), 都是量化計(jì)算的, 嚴(yán)格意義上講和ReaxFF力場參數(shù)化的具體細(xì)節(jié)步驟沒啥關(guān)系.很明顯ReaxFF的參數(shù)都是在量化數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上fit得到的. 目前, 才訓(xùn)練參數(shù)的時(shí)候, 可以有這樣的幾類信息可以使用:

Frequency, charge, heat_of_formation, geometry, cell parameter, energy_difference

這其中energy_difference使用得最多.

如果你用量化計(jì)算了反應(yīng)物, 反應(yīng)產(chǎn)物, 那么你就可以得到energy_difference.這樣一來, 對于訓(xùn)練參數(shù)的數(shù)據(jù)庫而言, 就又增加了一個(gè)target.

先說到這里, 滿意了嗎?

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2樓2011-05-17 15:11:32

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Originally posted by qphll at 2011-05-17 15:11:32:
你這里提到的細(xì)節(jié), 都是量化計(jì)算的, 嚴(yán)格意義上講和ReaxFF力場參數(shù)化的具體細(xì)節(jié)步驟沒啥關(guān)系.很明顯ReaxFF的參數(shù)都是在量化數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上fit得到的. 目前, 才訓(xùn)練參數(shù)的時(shí)候, 可以有這樣的幾類信息可以使用:

Fr ...

不知道您是否做過這方面的相關(guān)工作，還有個(gè)問題請教：在ReaxFF的眾多參數(shù)中，如covalent radius、vdw radius、electronegativity、hardness等基礎(chǔ)參數(shù)是否是在其他參數(shù)化工作之前完成的，還是跟其他參數(shù)一起擬合完成的呢？如果是兩種方法均可，這兩種方法產(chǎn)生的結(jié)果是否都是可靠的？哪種會更好點(diǎn)呢？

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3樓2011-05-19 09:52:05

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Originally posted by mophyworld at 2011-05-19 09:52:05:
不知道您是否做過這方面的相關(guān)工作，還有個(gè)問題請教：在ReaxFF的眾多參數(shù)中，如covalent radius、vdw radius、electronegativity、hardness等基礎(chǔ)參數(shù)是否是在其他參數(shù)化工作之前完成的，還是跟其他參數(shù)一起擬 ...

你說到的這些, 可以算作是General parameter, 或者是第一類atom based patameter, 如果是全新的體系, 那是要首先確定下來的. 不過絕大多數(shù)的情況下, 優(yōu)化多是針對原子間的相互作用, 比如健長, 鍵角來優(yōu)化的.

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4樓2011-05-19 11:19:30

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Originally posted by qphll at 2011-05-19 11:19:30:
你說到的這些, 可以算作是General parameter, 或者是第一類atom based patameter, 如果是全新的體系, 那是要首先確定下來的. 不過絕大多數(shù)的情況下, 優(yōu)化多是針對原子間的相互作用, 比如健長, 鍵角來優(yōu)化的.

還有個(gè)問題請教，對于不同的力場，電負(fù)性及硬度等general parameters是否具有可移植性呢？

對于ReaxFF本身，我參看了它們擬合出來的力場文件，并將它與物化手冊進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)該力場擬合出來的共價(jià)半徑數(shù)據(jù)是物化手冊的兩倍，而范德華半徑則又是1.5倍之多，這樣的取值應(yīng)該是在該力場擬合過程中選取的吧。不知道這樣的擬合結(jié)果是否有脫離現(xiàn)實(shí)之嫌？您對這樣的結(jié)果如何看待呢？

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5樓2011-05-20 09:16:34

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Originally posted by mophyworld at 2011-05-20 09:16:34:
還有個(gè)問題請教，對于不同的力場，電負(fù)性及硬度等general parameters是否具有可移植性呢？

對于ReaxFF本身，我參看了它們擬合出來的力場文件，并將它與物化手冊進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)該力場擬合出來的共價(jià)半徑數(shù) ...

嗯, 很贊你這樣的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度.

我查看了一下ReaxFF的train set, 那里有這樣幾類:
Frequency
Charge
Heat_of_Formation
Geometry
Cell_Parameter
Energy_Difference

就像我前面說的, 現(xiàn)在的ReaxFF的參數(shù), 多是比較能量差別, 比較NEB得到的各個(gè)image的能量差, 比較energy barrier, 而達(dá)到參數(shù)優(yōu)化. 我的理解是, 多數(shù)的優(yōu)化, 是在前面已有的參數(shù)值的基礎(chǔ)上的. 所以這個(gè)時(shí)候, General參數(shù), 基本就不去變動了.

如果是一個(gè)新的體系? 那就很麻煩. 得要大量的量化信息, 并同時(shí)對多個(gè)目標(biāo)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化.

關(guān)于你提到的幾個(gè)問題, 電負(fù)性及硬度, 我的理解是, 它們包括在Charge, Heat_of_Formation, 和Cell Patameter里面了; VDW參數(shù)也是如此.

你的比較發(fā)現(xiàn)問題, 不代表你的理解是不對的, 這正是力場的'折衷'帶來的問題. ReaxFF本身的思想沒有問題, 或者我可以說力場的參數(shù)也沒有問題. 只要你明白, ReaxFF是以有限的量化數(shù)據(jù), 數(shù)值擬合出來的. 雖然它的公式本身的推導(dǎo)有一定的物理意義, 但是參數(shù)train的本身, 其實(shí)是一個(gè)純數(shù)學(xué)的過程. 其結(jié)果也只對它的train set負(fù)責(zé), 甚至一樣的體系, 如果有T,P變化, 或者外場加入, 都不一定能保證完全可靠的.

那么對于具體的參數(shù), 比如, 我們可以從ReaxFF里面直接將VDW參數(shù), 或者將Charge直接拿來, 放到其他地方去做MD, 或者M(jìn)C嗎? 我覺得這樣做是不可取的, 那樣的參數(shù), 只有在 ReaxFF這樣的環(huán)境下才有意義, 單獨(dú)拿出來, 我覺得就不對了.

另外, 如果你關(guān)心一下用 ReaxFF發(fā)的文章, 在力場可信性評估那一塊, 大家的側(cè)重還是在能量的比較那一塊. 這本身就是一個(gè)tricky, 以能量為參考態(tài)來訓(xùn)練, 然后又以此來作為預(yù)測精確的判據(jù)...

不管怎樣, 我覺得如果你想要用 ReaxFF, 明白一些它的參數(shù)是怎么訓(xùn)練出來的, 還是很有必要的. 這大致也能讓你估計(jì)一下你的結(jié)果的可信度范圍.

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6樓2011-05-20 12:28:02

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Originally posted by qphll at 2011-05-20 12:28:02:
嗯, 很贊你這樣的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度.

我查看了一下ReaxFF的train set, 那里有這樣幾類:
Frequency
Charge
Heat_of_Formation
Geometry
Cell_Parameter
Energy_Difference

就像我前面說的, 現(xiàn)在的ReaxFF的參 ...

O(∩_∩)O非常感謝您的幫助，有后續(xù)問題再向您請教！

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7樓2011-05-20 15:29:24

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O(∩_∩)O非常感謝您的幫助，有后續(xù)問題再向您請教！

嗯, 一起學(xué)習(xí).

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8樓2011-05-20 20:22:51

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9樓2016-01-02 20:54:21

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