第一原理分子動力学プログラム STATE Senri Wiki

アルミニウム †

この例ではバンド構造の計算方法を記述する。以下は5.6.3以降で有効である。

SCF計算 †

• 入力ファイル: nfinp_scf

   0  0  0  0  0  0                      : I_CTRL(1:6) (DUMMY)
   4.00  8.00  1  1  1                   : GMAX GMAXP NTYP NATM NATM2
   221   2                               : NUM_SPACE_GROUP TYPE 
   7.60  7.60  7.60  90.00  90.00  90.00 : A B C ALPHA BETA GAMMA
   06    06    06    1    1    1         : N1 N2 N3 M1 M2 M3
   0     0                               : NCORD, NINV
   0.00  0.00  0.00  1    0    1         : CPS(1,1:3) IWEI IMDTYP ITYP
   13    0.50  26.98 6    1    0.2       : IATOMN ALFA AMION ILOC IVAN
   0  0  0  0  0                         : ICOND INIPOS INIVEL ININOS INIACC
   0  1                                  : IPRE IPRI 
   30 30 0  84200.00  0                  : NMD1 NMD2 LAST_ITER CPUMAX IFSTOP
   6  1                                  : WAY_MIX MIX_WHAT
   0  20 0.60                            : ITER_START KBXMIX  MIX_ALPHA
   0.20  0.30  0.20  0.20  0.20          : DTIM1 DTIM2 DTIM3 DTIM4 DTIM
   300.00      4     1     0.50D-09      : DTIO IMDALG IEXPL EDELTA   
   -0.0020     0.50D+03    0             : WIDTH FORCCR ISTRESS
  ggapbe     1                           : XCTYPE KSPIN
   2.00                                  : DESTM
   101                                   : NBZTYPE
   4  4  4                               : NKX NKY NKZ (DUMMY)
   4  4  4                               : NKX2 NKY2 NKZ2 (DUMMY)
   6                                     : KEG
   1                                     : NEXTST    
   0                                     : (DUMMY)
   2                                     : IMSD 
   0                                     : EVALUATE_EKO_DIFF
   0                                     : NPDOSAO
   0  0.000                              : SM_N DOPPING (DUMMY)

  STATEを実行し、電荷密度を得る。

  mpirun -np 4 ./STATE < nfinp_scf > nfout_scf

バンド計算 †

• 入力ファイル (nfinp_band)

   0  0  0  0  0  0                      : I_CTRL(1:6) (DUMMY)
   4.00  8.00  1  1  1                   : GMAX GMAXP NTYP NATM NATM2
   221   2                               : NUM_SPACE_GROUP TYPE
   7.60  7.60  7.60  90.00  90.00  90.00 : A B C ALPHA BETA GAMMA
   06    06    06    1    1    1         : N1 N2 N3 M1 M2 M3
   0     0                               : NCORD, NINV
   0.00  0.00  0.00  1    0    1         : CPS(1,1:3) IWEI IMDTYP ITYP
   13    0.50  26.98 6    1    0.2       : IATOMN ALFA AMION ILOC IVAN
  22  0  0  0  0                         : ICOND INIPOS INIVEL ININOS INIACC
   0  1                                  : IPRE IPRI
   30 30 0  84200.00  0                  : NMD1 NMD2 LAST_ITER CPUMAX IFSTOP
   6  1                                  : WAY_MIX MIX_WHAT
   0  20 0.60                            : ITER_START KBXMIX  MIX_ALPHA
   0.20  0.30  0.20  0.20  0.20          : DTIM1 DTIM2 DTIM3 DTIM4 DTIM
   300.00      4     1     0.50D-09      : DTIO IMDALG IEXPL EDELTA
   -0.0020     0.50D+03    0             : WIDTH FORCCR ISTRESS
  ggapbe     1                           : XCTYPE KSPIN
   2.00                                  : DESTM
   101                                   : NBZTYPE
   4  4  4                               : NKX NKY NKZ (DUMMY)
   4  4  4                               : NKX2 NKY2 NKZ2 (DUMMY)
   6                                     : KEG
   1                                     : NEXTST
   0                                     : (DUMMY)
   2                                     : IMSD
   0                                     : EVALUATE_EKO_DIFF
   0                                     : NPDOSAO
   0  0.000                              : SM_N DOPPING (DUMMY)
  &KPOINTS_BAND
   NKSEG 4
   KMESH 40 20 20 20
   KPOINTS
   0.000 0.000 0.000
   0.000 0.500 0.500
   0.250 0.500 0.750
   0.500 0.500 0.500
   0.000 0.000 0.000
  &END

バンド計算を行うためには

• ICOND=22

を指定し、&KPOINTS_BAND...&ENDで以下のパラメータを設定する。

• NKSEG: バンドを計算するブリルアンゾーン中の高対称線（セグメント）の数
• KMESH: 各セグメントでのメッシュ (KMESHの和+1が計算されるk点の合計数)
• KPOINTS: このキーワード以下にNKSEG+1の高対称点を指定。今の例では
  (0,0,0) -> (0,/1/2,1/2) -> (1/4,1/2,3/4) -> (1/2,1/2,1/2) -> (0,0,0)
  に沿ってバンド構造が計算される。ここでk点は基本逆格子ベクトルを単位に入力する。カーテシアン座標で入力する場合はKPOINTSの代わりにKPOINTS CARTESIANを指定する。
  上の入力ファイルを使いSTATEを実行することでnon-selfconsistent計算を実行する。

  mpirun -np 4 ./STATE < nfinp_band > nfout_band

  入力ファイルで指定されたk点上での固有値がenergy.dataに出力される。
  energy.dataの可視化を容易にするためにフォーマットを変更する。ここではutil/bandutil/energy2bandを利用する。コマンドパスが指定されていると仮定し

  energy2band

  を実行。あるいは

  ${HOME}/STATE/src/state/util/bandutil/src/energy2band

  フェルミエネルギー、k点の数、バンドの数、プロットするバンドの数を聞かれるので、逐次入力することでband.dataが得られる。これをgnuplotあるいはxmgraceを用いて可視化すると以下のようになる。例えば

  $ gnuplot
  $ > plot 'band.data'

  図は添付のスクリプトを実行することで作成した。