STATE_new_tutorial/Pt111-FA - 第一原理分子動力学プログラム STATE Senri Wiki

ギ酸/Pt(111)界面 †

目次
- ギ酸/Pt(111)界面
  - COOP解析
はじめに
このチュートリアルではPt(111)(3x3)表面に吸着したギ酸（HCOOH）を用いて吸着分子の電子状態解析を行ってみます。

COOP解析 †

先ずはメタノール（CH3OH）の例に習ってCOOP解析を行ってみましょう。 CH3OHと同様、以下のようなディレクトリを作って解析を行います。

HCOOH/	Pt111/	Total/

↑

SCF計算 †

吸着系の入力ファイル（Total/nfinp_scf）

#
# HCOOH on Pt
#
WF_OPT         DAV
RESTART        WF
NTYP           4
NATM           50
GMAX           6.0
GMAXP          20.0
KPOINT_MESH    4   4   1
MIX_ALPHA      0.1
SMEARING       MP
WIDTH          0.02
EDELTA         1.D-12
NEG            312
&CELL
     15.935782493970      0.000000000000      0.000000000000
     -7.967891246985     13.800792468961      0.000000000000
      0.000000000000      0.000000000000     65.057559603672
&END
&ATOMIC_SPECIES
 Pt  195.084 pot.Pt_pbe1
 H   1.00784 pot.H_lda1
 C   12.0107 pot.C_pbe1
 O   15.9994 pot.O_pbe1
&END
&ATOMIC_COORDINATES CARTESIAN
    1.43567732      4.600140294     6.10475286     1    1    3
   -1.019065195     4.624689171     5.857173494    1    1    4
    3.0756294       4.586456613     4.427052102    1    1    4
    2.03803335      4.591588513     8.099132233    1    1    2
   -1.534173104     4.627656965     3.976451582    1    1    2
   -0.086016271    -0.042200324     0.044010394    1    1    1
    5.26381258     -0.038387626     0.030723612    1    1    1
   10.56230117     -0.000603769     0.027505143    1    1    1
   -2.758320371     4.601916944     0.093474669    1    1    1
    2.576646493     4.59762654      0.262440287    1    1    1
    7.95056584      4.595320326     0.013798568    1    1    1
   -5.378578257     9.194079461     0.055657821    1    1    1
   -0.088979228     9.230710077     0.047760476    1    1    1
    5.267242252     9.228699424     0.025886203    1    1    1
   -0.034840642     3.072596765    -4.229167714    1    1    1
    5.24190277      3.064267924    -4.262347331    1    1    1
   10.57963521      3.050127323    -4.369316667    1    1    1
   -2.715145319     7.657180479    -4.323209807    1    1    1
    2.601322899     7.634724119    -4.24403245     1    1    1
    7.920197145     7.657919172    -4.337253934    1    1    1
   -5.365019877    12.25175084     -4.331511517    1    1    1
   -0.045023956    12.25341089     -4.366162449    1    1    1
    5.264789305    12.25629012     -4.370792171    1    1    1
   -0.024325335    -3.094778776    -8.652450572    1    1    1
    5.279805521    -3.084389667    -8.635520455    1    1    1
   10.59286948     -3.099067559    -8.631548628    1    1    1
   -2.679244623     1.514286524    -8.624145939    1    1    1
    2.615142823     1.521212926    -8.580046272    1    1    1
    7.908122707     1.51834364     -8.627616167    1    1    1
   -5.34421163      6.107489912    -8.634859957    1    1    1
   -0.026017177     6.106482574    -8.569653196    1    1    1
    5.266447852     6.110028928    -8.588145744    1    1    1
    0               0             -12.91455262     1    0    1
    5.272344031     0             -12.91455262     1    0    1
   10.54468806      0             -12.91455262     1    0    1
   -2.636172016     4.565983867   -12.91455262     1    0    1
    2.636172016     4.565983867   -12.91455262     1    0    1
    7.908516047     4.565983867   -12.91455262     1    0    1
   -5.272344031     9.131967737   -12.91455262     1    0    1
    0               9.131967737   -12.91455262     1    0    1
    5.272344031     9.131967737   -12.91455262     1    0    1
    0               3.043989246   -17.2194035      1    0    1
    5.272344031     3.043989246   -17.2194035      1    0    1
   10.54468806      3.043989246   -17.2194035      1    0    1
   -2.636172016     7.609973113   -17.2194035      1    0    1
    2.636172016     7.609973113   -17.2194035      1    0    1
    7.908516047     7.609973113   -17.2194035      1    0    1
   -5.272344031    12.17595698    -17.2194035      1    0    1
    0              12.17595698    -17.2194035      1    0    1
    5.272344031    12.17595698    -17.2194035      1    0    1
&END
&ESM
 BOUNDARY_CONDITION BARE
&END

この入力ファイルを元にしてHCOOHとPt111について同様にSCF計算を実行します。

↑

COOP解析 †

次に``Total/nfinp_coop``を作成し

TASK           COOP

および

&COOP
 KPDOSMO_MOL1 16
 KATM_MOL1    5
 KLMTA_MOL1   31
 KPDOSMO_SUB  296
 KATM_SUB     45
 KLMTA_SUB    900 
 WFN_MOL1     ../HCOOH/zaj.data
 WFN_SUB      ../Pt111/zaj.data
&END

を追加してSTATEを実行します。coop*.dataが作成できたことを確認してcoop_analysisを実行します。今の系について分子軌道の数を振って試したところ、HCOOHの場合、分子軌道としてはLUMOまで取れば良いことが分かりましたので、そのようにnfcoop.dataを作成しcoop_analysisを実行します。

nfcoop.data

      1                      : KSPIN
     10                      : KNV3
     10     16      5     31 : NPDOSMO1 KPDOSMO1 KATM1 KLMTA_1
      0      0      0      0 : NPDOSMO2 KPDOSMO2 KATM2 KLMTA_2
    296    296     45    900 : NPDOSMO3 KPDOSMO3 KATM3 KLMTA_3
 -15.00   5.00   0.10   2001 : EMIN EMAX EWIDTH NPDOSE

COOP解析を実行し得られたHOMOおよびLUMOのCOOPとPDOSを以下に示します。

↑

差電荷解析 †

さらに電子状態について知見を得るために差電荷の計算をしてみましょう。各サブディレクトリで``nfinp_scf``をコピーして``nfinp_chg``を作り以下の行を挿入します。

TASK           PRTRHO

&PLOT
 FORMAT XSF
&END

各ディレクトリで実行すると``nfchgt_r.xsf``が生成されます。先ずTotal/nfchgt_r.xsfをVESTAで読み込みます。

ツールバーでEdit>Volumeric dataを選択しHCOOHとPt111の電荷密度（nfchgt_r.xsf）をimportします。

Boundaryを調整します。

Propertyでisosurfaceの値を適当に調節し、色を変えてやると最終的に以下のような図を作ることができます。

赤が部分が電荷の増えた部分、青い部分が電荷の減った部分で、HCOOHの酸素と白金原子の間では電荷が減り、なおかつ節ができていることが分かり、反結合的相互作用が生じていることが分かります。一方、OHと白金の間には電荷の増加が見られ、これはLUMOと基板の状態の間に結合的相互作用に由来するものと考えることができます。これはCOOP解析とも整合する結果となっていると考えられます。

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