The Gaussian Approximation Potential: An Interatomic Potential Derived from First Principles Quantum Mechanics

شبیه سازی مواد در سطح اتمی ابزار مهمی در مطالعه ساختارها و فرآیندهای میکروسکوپی است. فعل و انفعالات اتمی لازم برای شبیه سازی توسط مکانیک کوانتومی به درستی توضیح داده شده است، اما اندازه سیستم ها و طول فرآیندهای قابل مدل سازی هنوز محدود است. چارچوب پتانسیل های تقریب گاوسی که در این پایان نامه توسعه داده شده است به ما اجازه می دهد تا پتانسیل های بین اتمی را به طور خودکار، بر اساس داده های مکانیکی کوانتومی تولید کنیم. پتانسیل‌های حاصل، چندین مرتبه محاسبات سریع‌تر را ارائه می‌کنند، در حالی که دقت مکانیکی کوانتومی را حفظ می‌کنند. این روش قبلاً با موفقیت برای نیمه هادی ها و فلزات استفاده شده است.

Simulation of materials at the atomistic level is an important tool in studying microscopic structures and processes. The atomic interactions necessary for the simulations are correctly described by Quantum Mechanics, but the size of systems and the length of processes that can be modelled are still limited. The framework of Gaussian Approximation Potentials that is developed in this thesis allows us to generate interatomic potentials automatically, based on quantum mechanical data. The resulting potentials offer several orders of magnitude faster computations, while maintaining quantum mechanical accuracy. The method has already been successfully applied for semiconductors and metals.