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<dcvalue element="contributor" qualifier="author">Kang,&#x20;Sungwoo</dcvalue>
<dcvalue element="date" qualifier="accessioned">2025-02-28T09:00:36Z</dcvalue>
<dcvalue element="date" qualifier="available">2025-02-28T09:00:36Z</dcvalue>
<dcvalue element="date" qualifier="created">2025-02-24</dcvalue>
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<dcvalue element="identifier" qualifier="uri">https:&#x2F;&#x2F;pubs.kist.re.kr&#x2F;handle&#x2F;201004&#x2F;151809</dcvalue>
<dcvalue element="description" qualifier="abstract">Graph&#x20;neural&#x20;network&#x20;interatomic&#x20;potentials&#x20;(GNN-IPs)&#x20;are&#x20;gaining&#x20;significant&#x20;attention&#x20;due&#x20;to&#x20;their&#x20;capability&#x20;of&#x20;learning&#x20;from&#x20;large&#x20;datasets.&#x20;Specifically,&#x20;universal&#x20;interatomic&#x20;potentials&#x20;based&#x20;on&#x20;GNN,&#x20;usually&#x20;trained&#x20;with&#x20;crystalline&#x20;geometries,&#x20;often&#x20;exhibit&#x20;remarkable&#x20;extrapolative&#x20;behavior&#x20;toward&#x20;untrained&#x20;domains,&#x20;such&#x20;as&#x20;surfaces&#x20;and&#x20;amorphous&#x20;configurations.&#x20;However,&#x20;the&#x20;origin&#x20;of&#x20;this&#x20;extrapolation&#x20;capability&#x20;is&#x20;not&#x20;well&#x20;understood.&#x20;This&#x20;work&#x20;provides&#x20;a&#x20;theoretical&#x20;explanation&#x20;of&#x20;how&#x20;GNN-IPs&#x20;extrapolate&#x20;to&#x20;untrained&#x20;geometries.&#x20;First,&#x20;we&#x20;demonstrate&#x20;that&#x20;GNN-IPs&#x20;can&#x20;capture&#x20;non-local&#x20;electrostatic&#x20;interactions&#x20;through&#x20;the&#x20;message-passing&#x20;algorithm,&#x20;as&#x20;evidenced&#x20;by&#x20;tests&#x20;on&#x20;toy&#x20;models&#x20;and&#x20;density-functional&#x20;theory&#x20;data.&#x20;We&#x20;find&#x20;that&#x20;GNN-IP&#x20;models,&#x20;SevenNet&#x20;and&#x20;MACE,&#x20;accurately&#x20;predict&#x20;electrostatic&#x20;forces&#x20;in&#x20;untrained&#x20;domains,&#x20;indicating&#x20;that&#x20;they&#x20;have&#x20;learned&#x20;the&#x20;exact&#x20;functional&#x20;form&#x20;of&#x20;the&#x20;Coulomb&#x20;interaction.&#x20;Based&#x20;on&#x20;these&#x20;results,&#x20;we&#x20;suggest&#x20;that&#x20;the&#x20;ability&#x20;to&#x20;learn&#x20;non-local&#x20;electrostatic&#x20;interactions,&#x20;coupled&#x20;with&#x20;the&#x20;embedding&#x20;nature&#x20;of&#x20;GNN-IPs,&#x20;explains&#x20;their&#x20;extrapolation&#x20;ability.&#x20;We&#x20;find&#x20;that&#x20;the&#x20;universal&#x20;GNN-IP,&#x20;SevenNet-0,&#x20;effectively&#x20;infers&#x20;non-local&#x20;Coulomb&#x20;interactions&#x20;in&#x20;untrained&#x20;domains&#x20;but&#x20;fails&#x20;to&#x20;extrapolate&#x20;the&#x20;non-local&#x20;forces&#x20;arising&#x20;from&#x20;the&#x20;kinetic&#x20;term,&#x20;which&#x20;supports&#x20;the&#x20;suggested&#x20;theory.&#x20;Finally,&#x20;we&#x20;address&#x20;the&#x20;impact&#x20;of&#x20;hyperparameters&#x20;on&#x20;the&#x20;extrapolation&#x20;performance&#x20;of&#x20;universal&#x20;potentials,&#x20;such&#x20;as&#x20;SevenNet-0&#x20;and&#x20;MACE-MP-0,&#x20;and&#x20;discuss&#x20;the&#x20;limitations&#x20;of&#x20;the&#x20;extrapolation&#x20;capabilities.</dcvalue>
<dcvalue element="language" qualifier="none">English</dcvalue>
<dcvalue element="publisher" qualifier="none">American&#x20;Institute&#x20;of&#x20;Physics</dcvalue>
<dcvalue element="title" qualifier="none">How&#x20;graph&#x20;neural&#x20;network&#x20;interatomic&#x20;potentials&#x20;extrapolate:&#x20;Role&#x20;of&#x20;the&#x20;message-passing&#x20;algorithm</dcvalue>
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<dcvalue element="identifier" qualifier="doi">10.1063&#x2F;5.0234287</dcvalue>
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<dcvalue element="identifier" qualifier="bibliographicCitation">The&#x20;Journal&#x20;of&#x20;Chemical&#x20;Physics,&#x20;v.161,&#x20;no.24</dcvalue>
<dcvalue element="citation" qualifier="title">The&#x20;Journal&#x20;of&#x20;Chemical&#x20;Physics</dcvalue>
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