Førsteprinsippdata

Førsteprinsippdata er data som utledes fra beregninger basert på første prinsipper, det vil si ab initio-beregninger som ikke bruker empiriske parametere. Slike data hviler på kvantemekanikk og brukes til å forutsi egenskaper til molekyler, materialer og overflater. De omfatter strukturelle parametere, elektroniske tilstander, vibrasjoner og termodynamiske egenskaper.

De vanligste metodene er densitetsfunksjonalteori (DFT), ofte supplert av post-Hartree–Fock-metoder eller mer avanserte teknikker som MP2, CCSD og quantum Monte Carlo. DFT er dominerende på grunn av en god balanse mellom nøyaktighet og beregningstid. Dataene inkluderer parametere som lattice constants, formasjonsenergier, båndstrukturer og bandgap, elastiske konstanter, vibrasjonsspekterer og energier knyttet til defekter eller reaksjoner.

Når man genererer førsteprinsippdata, må man angi beregningsprotokollen: valgt funksjonell, pseudopotensial eller basissett, k-punktdekning og energitoleranser. Reproduksjon krever fullstendig metadata, inkludert enheter og programvareversjoner. Dataene lagres ofte i CIF-, JSON- eller andre spesialiserte formater og deles i åpne databaser som Materials Project, OQMD, AFLOW og NOMAD.

Bruksområder inkluderer vitenskapelig forskning, materialutvikling, katalyse, batteriteknologi og halvlederdesign. Førsteprinsippdata brukes også som treningsgrunnlag for maskinlæringsmodeller og som grunnlag for utvikling av interaksjonspotensialer.

Begrensninger inkluderer at feil ofte avhenger av valgte funksjoner og metoder; DFT-bandgap undervurderes i mange tilfeller; temperatur- og anharmonicitetforhold tilrettelegges ofte, og beregningene kan være kostbare. Likevel er førsteprinsippdata sentrale i prediktiv materiale- og kjemiforskning og i standardisering av data og modeller.