我所提出神經網絡構建非絕熱勢能面的新方法

  近日,我所分子反應動力學國家重點實驗室傅碧娜研究員、張東輝院士團隊在化學反應的非絕熱勢能面構建中取得新進展,提出了一種新的神經網絡方法用來構建包含錐形交叉的非絕熱勢能面。

  在物理化學過程中,玻恩-奧本海默近似只有在所研究的電子態與其他電子態能量都足夠分離的情況下才有效。而當電子態出現簡并或者近簡并時,玻恩-奧本海默近似失效。非絕熱過程的動力學模擬原則上可以在絕熱表象中進行,但當體系的電子態發生簡并,例如錐形交叉時,電子態間的耦合會非常強烈,難以在絕熱表象下直接用數學函數描述。因此,在非絕熱表象下需要通過構建非絕熱勢能面來處理。此時,體系電子態間的耦合包含在非絕熱勢能面中,不需要被直接描述,且可大大簡化薛定諤方程。

  在本研究中,研究人員提出了一種高效且精確的神經網絡方法,用來擬合構建具有錐形交叉的耦合勢能面。這個方法從概念上簡單清晰,在數值上僅僅依賴于神經網絡函數,能被人們很直觀地實現和應用。不同于以前的擬合方法,研究人員通過擬合修正的導數耦合項,能夠精確地描述錐形交叉區域以及漸近區的導數耦合和能量,在全維全域上實現了精確的非絕熱勢能面矩陣的構建。此外,應用該方法至NH3的光解體系,計算得到的動力學結果可以很好的重現實驗結果。該方法能夠拓展到更復雜、多電子態的體系中,對非絕熱動力學的發展具有意義。

  相關研究成果發表在《物理化學快報》(The Journal of Physical Chemistry Letters)上。該工作得到了國家自然科學基金、國家科技部重點研發計劃、中國科學院先導專項(B)“能源化學轉化的本質與調控”的支持。(文/圖 殷正茜、洪櫻月)

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