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第一原理分子動力学プログラム STATE Senri Wiki
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シリコン結晶 †
ここでは結晶の計算例としてダイアモンド構造のシリコンのSCF計算を行いましょう。 先ずSiディレクトリに移動しましょう（現在~/STATE/examplesにいると仮定しています）。
$ cd Si
ここでlsを実行し、nfで始まる入力ファイル群（nf*）や*.shで終わるジョブスクリプトが含まれていることを確認します。
以下を実行して入力ファイルnfinp_scfを見てみましょう。
$ cat nfinp_scf
#
# Crystalline silicon in the diamond structure
#
WF_OPT DAV
NTYP 1
NATM 2
TYPE 2
NSPG 227
GMAX 4.00
GMAXP 8.00
KPOINT_MESH 8 8 8
KPOINT_SHIFT OFF OFF OFF
WIDTH 0.0002
EDELTA 0.5000D-09
NEG 8
CELL 10.30 10.30 10.30 90.00 90.00 90.00
&ATOMIC_SPECIES
Si 28.0900 pot.Si_pbe1
&END
&ATOMIC_COORDINATES CRYSTAL
0.000000000000 0.000000000000 0.000000000000 1 1 1
0.250000000000 0.250000000000 0.250000000000 1 1 1
&END
以下を実行するとシリコン結晶の構造を表示するためのSi2.xsfが生成されます。
$ chkinpf nfinp_scf
XCrySDenやVESTAを使用して自分が計算した結晶の構造となっていることを確認します。 同様にsb100で使用するジョブスクリプトqsub_sb100.shも確認しましょう。
$ cat qsub_sb100.sh
#$ -S /bin/sh
#$ -cwd
#$ -q sb.q
#$ -pe x6 6
#$ -N Si
module load intel/2021.2.0
module load intelmpi/2021.2.0
# Disable OPENMP parallelism
export OMP_NUM_THREADS=1
unset I_MPI_TCP_NETMASK
# Set the execuable of the STATE code
ln -fs ${HOME}/STATE/src/state-5.6.9/src/STATE .
# Set the pseudopotential data
ln -fs ../gncpp/pot.Si_pbe1
# Set the input/output file
INPUT_FILE=nfinp_scf
OUTPUT_FILE=nfout_scf
# Run!
mpirun ./STATE < ${INPUT_FILE} > ${OUTPUT_FILE}
このジョブスクリプトを使ってジョブを投入します。
$ qsub qsub_sb100.sh
計算の状態は
$ qstat -u [username]
を実行することで確認できます。
この例では出力ファイルの名前をnfout_scfとしています。計算が終わったらlessなどのページャーを使ってその内容を確認してみましょう。
$ less nfout_scf
格子ベクトルは以下のように表示されます。
PRIM. LAT. VECTOR(BOHR) : 0.000000 5.150000 5.150000 PRIM. LAT. VECTOR(BOHR) : 5.150000 0.000000 5.150000 PRIM. LAT. VECTOR(BOHR) : 5.150000 5.150000 0.000000
原子位置は以下のように表示されます。
********************************* ATOMS ******************************* ATOM X(BOHR) Y(BOHR) Z(BOHR) TAUX TAUY TAUZ IW IR 1 1 0.00000 0.00000 0.00000 0.0000 0.0000 0.0000 1 0 2 1 2.57500 2.57500 2.57500 0.2500 0.2500 0.2500 1 0 ***********************************************************************
計算で使用するバンドの数は以下のように表示されます。
NUMBER OF BANDS CONSIDERED : 8
交換相関汎関数は以下のように表示されます。
EXCHANGE CORRELATION FUNCTIONALS : ggapbe
SCF計算中のエネルギーは以下のように表示されます。
*********************************************************************** * * * START SCF * * * ***********************************************************************
NSCF NADR ETOTAL EDEL CDEL CONV TCPU
1 0 -6.05513096 0.60551E+01 0.32033E-02 0 0.21
2 0 -7.84013758 0.17850E+01 0.50625E-02 0 0.11
3 1 -7.87280128 0.32664E-01 0.23361E-02 1 0.11
4 2 -7.87352825 0.72697E-03 0.44450E-03 2 0.11
5 3 -7.87355444 0.26191E-04 0.14565E-03 2 0.11
6 4 -7.87355827 0.38304E-05 0.17592E-04 3 0.11
7 5 -7.87355833 0.59844E-07 0.53913E-05 3 0.11
8 6 -7.87355833 0.17526E-08 0.14864E-05 3 0.11
9 7 -7.87355833 0.15877E-09 0.19139E-06 4 0.11
10 8 -7.87355833 0.12939E-10 0.18081E-07 5 0.11
11 9 -7.87355833 0.84555E-12 0.23101E-07 6 0.11
計算が収束した場合には以下のように全エネルギーとその成分が表示されます。
TOTAL ENERGY AND ITS COMPONENTS
TOTAL ENERGY = -7.87355833 A.U.
KINETIC ENERGY = 3.01922419 A.U.
HARTREE ENERGY = 0.55014198 A.U.
XC ENERGY = -2.40098652 A.U.
LOCAL ENERGY = -0.84294926 A.U.
NONLOCAL ENERGY = 0.16885291 A.U.
EWALD ENERGY = -8.36784162 A.U.
PC ENERGY = 0.00000000 A.U.
ENTROPIC ENERGY = 0.00000000 A.U.
計算が終わると波動関数データzaj.data、ポテンシャル（電荷密度）データpotential.dataが出力されます。 それに加えて状態密度のデータを含むdos.dataが出力されます。これはgnuplotなどで可視化することが可能です。
