論文の概要: Native implementation of the machine-learned Skala exchange-correlation functional in CP2K: Unified one-centre reconstruction for molecular and condensed-phase calculations

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.34055v1
• Date: Mon, 28 Sep 2026 00:26:04 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-04 07:25:23.089891
• Title: Native implementation of the machine-learned Skala exchange-correlation functional in CP2K: Unified one-centre reconstruction for molecular and condensed-phase calculations
• Title（参考訳）: CP2Kにおける機械学習スカラ交換相関関数のネイティブ実装:分子・凝縮相計算のための統一一中心再構成
• Abstract要約: CP2KにおけるSkala Exchange-correlation (XC) 関数は,Gaussian and plane-wave (GPW) とGaussian and augmented-plane-wave (GAPW) を用いて実装する。 XC固有のGAPW表現は、原子中心格子の局所的な寄与を急速に変化させる。 十分なフレキシブルな軌道ベースを持つと、初期のGauXCの分子ベンチマークの精度が保たれる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We implement the machine-learned Skala exchange-correlation (XC) functional natively in CP2K using its Gaussian and plane-wave (GPW) and Gaussian and augmented-plane-wave (GAPW) methods. A joint one-centre reconstruction of density, density gradients, and kinetic-energy density before functional evaluation preserves mixed gradient terms and nonlocal couplings between smooth and atom-local contributions in all-electron and pseudopotential calculations. An XC-specific GAPW representation resolves rapidly varying local contributions on atom-centred grids, reducing plane-wave requirements for pseudopotential calculations. The implementation includes Brillouin-zone sampling and point-group symmetry reduction. With sufficiently flexible orbital bases, it retains the molecular benchmark accuracy of our earlier GauXC formulation. All-electron Skala-D3(BJ) calculations yield a mean absolute error (MAE) of 1.54 kJ mol$^{-1}$ against diffusion Monte Carlo for crystalline CO$_2$, NH$_3$, and urea, spanning dispersion, quadrupolar electrostatics, and hydrogen bonding. For all thirteen DMC-ICE13 phases, the MAEs are 1.16 kJ mol$^{-1}$ for absolute lattice energies and 0.82 kJ mol$^{-1}$ for the twelve relative energies to ice Ih. At fixed experimental geometries, all-electron/mixed-core calculations give a band-gap MAE of 0.43 eV on a 15-material set, substantially below commonly used semilocal functionals and comparable to widely used hybrid functionals. The LC10 benchmark nevertheless reveals systematically underestimated equilibrium lattice constants, indicating structural overbinding. This framework connects molecular Skala to condensed-phase electronic structure and enables future development using periodic many-body reference data.
• Abstract（参考訳）: CP2Kでは,ガウス波および平面波(GPW)法とガウス波および拡張平面波(GAPW)法を用いて,機械学習型スカラ交換相関(XC)をネイティブに実装する。 機能評価前の密度、密度勾配、運動エネルギー密度の1セントの合同再構成は、全電子および擬ポテンシャル計算における滑らかな原子局所的寄与の間の混合勾配項と非局所的結合を保存する。 XC固有のGAPW表現は、原子中心格子の局所的な寄与を急速に変化させ、擬ポテンシャル計算の平面波要求を減少させる。 この実装には、ブリルアンゾーンサンプリングと点群対称性の低減が含まれる。 十分なフレキシブルな軌道ベースを持つと、初期のGauXCの分子ベンチマークの精度が保たれる。 全電子スカラ-D3(BJ)計算は、結晶性CO$_2$、NH$_3$、尿素に対する拡散モンテカルロに対する平均絶対誤差(MAE)が 1.54 kJ mol$^{-1} である。 13のDMC-ICE13相は、絶対格子エネルギーは1.16 kJ mol$^{-1}$、氷Ihに対する12の相対エネルギーは0.82 kJ mol$^{-1}$である。 固定された実験測地では、全電子/混合コア計算により、15の材料集合上のバンドギャップ MAE は 0.43 eV となり、一般的に用いられる半局所汎関数よりも大きく低く、広く用いられるハイブリッド汎関数に匹敵する。 LC10ベンチマークは、体系的に過小評価された平衡格子定数を明らかにし、構造上重結合を示す。 このフレームワークは分子スカラと凝縮相電子構造を結合し、周期的な多体参照データを用いて将来の発展を可能にする。

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