[论文解读] Interatomic potentials for platinum

R. K. Koju, Y. G. Li+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 30, 2026

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一句话总结

本工作引入两种新的铂Pt原子间势（角依赖的 ADP 与改进的 Tersoff MT），仅以第一性原理数据为训练，显示在与 DFT 和实验的对比中优于现有的 EAM 势。

ABSTRACT

We present two new interatomic potentials for platinum (Pt) in angular-dependent potential (ADP) and modified Tersoff (MT) formats. Both potentials have been trained on a reference database of first-principles calculations without using experimental data. The properties of Pt predicted by the ADP and MT potentials agree better with DFT calculations and experimental data than the potentials available in the literature. Future applications of the MT model to mixed-bonding metal-covalent systems are discussed.

研究动机与目标

• 通过解决现有势的局限性，推动 Pt 的准确经典建模。
• 开发两种新的 Pt 势（ADP 和 MT），训练不使用实验数据。
• 在结构、弹性、缺陷、表面与热力学性质等方面，结合 DFT 计算与可得实验数据对势进行评估。

提出的方法

• 在 ADP 与 MT 框架中表征 Pt 相互作用。
• 在包含大量 DFT 数据的数据库上对两种势进行训练并进行拟退火优化。
• 利用 LAMMPS 的分子动力学计算并比较晶格、弹性常数、缺陷、表面、声子、熔化等性质。
• 以一致的方法重新计算 EAM1 和 EAM2 以实现公平比较。
• 分析相对于 DFT 与实验的优缺点与可迁移性。

Figure 1: Hydrostatic pressure as a function of volumetric strain for Pt obtained by experimental measurements by Matsui et al. [ 58 ] and Zha et al. [ 59 ] in comparison with DFT calculations and predictions of interatomic potentials: (a) potentials developed in this work and (b) EAM1 [ 5 ] and EAM

实验结果

研究问题

• RQ1 ADP 和 MT 的 Pt 势是否比所评估的 EAM 势更准确地再现 Pt 的关键性质（晶格常数、结合能、弹性常数）？
• RQ2 ADP 与 MT 在缺陷能（空位、间隙原子、迁移能垒）以及表面/孪晶边界能方面预测有多准确？
• RQ3 MT 与 ADP 能否捕捉 Pt 的声子谱、热膨胀和熔化行为？
• RQ4 新势在非平衡环境和混键体系中的可迁移性如何？

主要发现

• ADP 与 MT 在晶格性质、声子和熔点方面比 EAM1 和 EAM2 与 DFT/实验的数据更吻合。
• 空位迁移能被 ADP 与 MT reasonably reproduces，而 EAM 势显著低估了它。
• MD/DFT 对比显示 MT 在若干性质上可与 ADP 同样准确，某些情况下甚至优于 ADP。
• 两种新势都提高了声子色散相对于 EAM 势的预测能力，MT 尤其在 ~1200 K 以下的热膨胀表现出较好表现。
• DFT 指出氧化物间隙间位是 Pt 最稳定的状态，但经典势未能捕捉这一细微差异，反而偏好 <100> 头脑对。
• ADP 能较接近 DFT 的本征堆叠层错与孪晶边界能，而 MT 高估、EAM 势低估。
• 预测的熔点：ADP ~2041 K，MT ~2195 K，EAM1 ~1474 K，EAM2 ~1784 K（含标准差），显著优于 EAMs，且与实验/DFT 期望接近。

Figure 2: Phonon dispersion relations for Pt obtained by experimental measurements [ 52 ] in comparison with DFT calculations and predictions of interatomic potentials: (a) potentials developed in this work and (b) EAM1 [ 5 ] and EAM2 [ 6 ] potentials.