基于Pheasy代码的第一性原理声子物理学

《npj Computational Materials》：First-principles phonon physics using the Pheasy code

　　

摘要

在过去的几十年里，基于第一性原理的无参数晶格动力学计算取得了显著进展，其在热力学、相变以及材料传输性质研究领域有着广泛的应用。当需要考虑三阶非谐性之外的更高阶非谐性时，由于更高阶原子间力常数的数量呈指数级增长，传统方法在推导这些力常数时面临巨大挑战，有时甚至无法实现。在这项工作中，我们推出了一款功能强大且易于使用的程序Pheasy，它可以通过任意高阶的泰勒展开，精确重建晶体固体的势能面。该程序能够利用先进的机器学习算法，从力-位移数据集中高效准确地提取原子间力常数，并进一步计算各种与谐振子和非谐振子相关的物理性质。通过三个典型示例，我们展示了如何运用所获得的原子间力常数来研究非谐晶格动力学和热传输现象。通过这些详细的实验测试，我们还确定了提取原子间力常数的最佳方法，并为高精度晶格动力学模拟提供了通用指导，以解决现有各种方法在原子间力常数提取过程中存在的较大不确定性问题。总体而言，Pheasy项目旨在构建一个声子模拟生态系统，连接不同的声子模拟平台，为更广泛的研究群体提供便利。