Erste Prinzipien der Phononphysik mit dem Pheasy-Code

Zusammenfassung Parameterfreie Berechnungen der Gitterdynamik aus ersten Prinzipien haben in den letzten Jahrzehnten erhebliche Fortschritte erzielt, mit einer Fülle von Anwendungen in der Thermodynamik, Phasenübergängen und Transporteigenschaften von Materialien. Aktuelle Ansätze zur Ableitung der interatomaren Kraftkonstanten (IFCs) des Gitterpotentials werden herausfordernd und manchmal unmöglich, wenn man über die dritte Ordnung der Anharmonizität hinausgeht, aufgrund der kombinatorischen Explosion der Anzahl von höherwertigen IFCs. In dieser Arbeit präsentieren wir ein robustes und benutzerfreundliches Programm, das die vorgeschriebene potentielle Energieoberfläche kristalliner Festkörper zuverlässig über eine Taylor-Reihe beliebig hoher Ordnung rekonstruiert. Gegebene Kraft-Versatz-Datensätze ermöglicht es dem Programm, eine effiziente und genaue Extraktion von IFCs mithilfe fortschrittlicher Algorithmen des maschinellen Lernens durchzuführen und weiter eine breite Palette von harmonischen und anharmonischen, phononbezogenen Eigenschaften zu berechnen. Wir zeigen anhand dreier prototypischer Beispiele, wie die erhaltenen IFCs erfolgreich zur Untersuchung der anharmonischen Gitterdynamik und des thermischen Transports angewendet wurden. Durch diese detaillierten Benchmarks haben wir auch den optimalen Ansatz zur Extraktion von IFCs identifiziert und allgemeine Richtlinien für hochpräzise gitterdynamische Simulationen angeboten, um die großen Unsicherheiten bei den aus verschiedenen bestehenden Verfahren extrahierten IFCs zu adressieren. Gesamtziel des Projekts ist es, ein Phonon-Code-Ökosystem zu schaffen, das verschiedene Phononsimulationsplattformen verbindet und der breiten Forschungscommunity zugänglich macht.