深度学习电子结构计算简介

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陈语诺, 段文晖, 徐勇. 2026: 深度学习电子结构计算简介, 物理, 55(8): 526-532. doi: 10.7693/wl20260802
引用本文: 陈语诺, 段文晖, 徐勇. 2026: 深度学习电子结构计算简介, 物理, 55(8): 526-532. doi: 10.7693/wl20260802
CHEN Yu-Nuo, DUAN Wen-Hui, XU Yong. 2026: An introduction to deep learning electronic structure calculations, Physics, 55(8): 526-532. doi: 10.7693/wl20260802
Citation: CHEN Yu-Nuo, DUAN Wen-Hui, XU Yong. 2026: An introduction to deep learning electronic structure calculations, Physics, 55(8): 526-532. doi: 10.7693/wl20260802

深度学习电子结构计算简介

    通讯作者: 徐勇,email:yongxu@tsinghua.edu.cn
  • 基金项目:

    教育部学科突破计划先导项目(批准号:JYB2025XDXM408)、国家重点研发计划(批准号:2024YFA1409100)、国家自然科学基金(批准号:52388201;12334003;12421004;12361141826)、上海科技大学“AI4S Initiative”(批准号:SHTAI4S202504)资助项目,北京市量子人工智能重点实验室支持项目

An introduction to deep learning electronic structure calculations

    Corresponding author: XU Yong, yongxu@tsinghua.edu.cn
  • 摘要: 第一性原理电子结构计算可精准预测材料的物理和化学性质,已成为物理学、材料科学和化学的重要研究手段。然而,传统第一性原理方法计算成本较高,难以满足大尺度、高通量的材料计算需求。深度学习技术的发展为电子结构计算开辟了新路径。文章将介绍深度学习电子结构计算的发展背景和基本思想,以深度学习哈密顿量方法为例,重点讨论如何基于重要物理先验设计出可解释性的神经网络模型,实现电子结构的精准预测。此外,还将介绍电子结构的通用材料模型、无监督学习等领域前沿的最新进展。相关研究表明,人工智能正在推动第一性原理计算从传统计算范式向数据与物理共同驱动的新范式演进,为未来的科学计算和材料发现开辟了新途径。
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  • LeCun Y,Bengio Y,Hinton G. Nature,2015,521:436
    Li H,Wang Z,Zou N et al. Nat. Comput. Sci.,2022,2:367
    Tang Z,Chen H,Li Y et al. Nat. Comput. Sci.,2025,1:14.
    Martin R M. Electronic Structure:Basic Theory and Practical Methods. Cambridge University Press,2020
    Wang Y,Li Y,Tang Z et al. Sci. Bull.,2024,69:30
    Li H,Tang Z,Gong X et al. Nat. Comput. Sci.,2023,3:321
    Gong X,Li H,Zou N et al. Nat. Commun.,2023,14:2848
    Li Y,Tang Z,Chen Z et al. Phys. Rev. Lett.,2024,133:076401
    Li H,Tang Z,Fu J et al. Phys. Rev. Lett.,2024,132:096401
    Ihrig A C,Wieferink J,Zhang I Y et al. New Journal of Physics, 2015,17:093020
    Tang Z,Li H,Lin P et al. Nat. Commun.,2024,15:8815
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  • 施引文献:  0
出版历程
  • 收稿日期:  2026-07-10

深度学习电子结构计算简介

    通讯作者: 徐勇,email:yongxu@tsinghua.edu.cn
  • 清华大学物理系 北京 100084
基金项目: 

摘要: 第一性原理电子结构计算可精准预测材料的物理和化学性质,已成为物理学、材料科学和化学的重要研究手段。然而,传统第一性原理方法计算成本较高,难以满足大尺度、高通量的材料计算需求。深度学习技术的发展为电子结构计算开辟了新路径。文章将介绍深度学习电子结构计算的发展背景和基本思想,以深度学习哈密顿量方法为例,重点讨论如何基于重要物理先验设计出可解释性的神经网络模型,实现电子结构的精准预测。此外,还将介绍电子结构的通用材料模型、无监督学习等领域前沿的最新进展。相关研究表明,人工智能正在推动第一性原理计算从传统计算范式向数据与物理共同驱动的新范式演进,为未来的科学计算和材料发现开辟了新途径。

English Abstract

参考文献 (11)

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