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*STATE-Senri [#o8d6bfa0]
Simulation Tool for Atom TEchnology
// Thank you for visiting us. Access Number (today/total)= &counter(today); / &counter;
#contents
**STATEとは [#t3758201]
STATE (Simulation Tool for Atom TEchnology)は密度汎関数法に基づく、ノルム保存/ウルトラソフト擬ポテンシャル、平面波基底を用いた第一原理計算パッケージです。STATEを用いて以下のような計算が可能です。
-電子状態の最適化
--Davidson法
--DIIS (Direct Inversion in Iterative subspace)法
-電子状態解析
--状態密度、部分状態密度、局所状態密度
--バンド構造
--Crystal orbital overlap population
--STMシミュレーション
-構造最適化
--Quenched Molecular dynamics法
--Generalized Direct Inversion in Iterative Subspace (GDIIS)法
-反応経路探索
--Nudged Elastic Band (NEB) 法
--Climbing Image nudged elastic band (CINEB) 法
-分子動力学
--NVE ensemble
--NVT ensemble (velocity-scaling,Nose-Hoover)
-自由エネルギーサンプリング
--Blue moon ensemble
--Metadynamics
-非局所ポテンシャルの実空間での取り扱い(King-Smith, et al.)
-Neugebauer+Schefflerによる電場（双極子）補正
-有効遮蔽媒質 (Effective Screening Medium: ESM) 法により高精度なスラブ計算とバイアス印加下でのスラブ計算
k点はMonkhorst-Packまたは通常のガンマ点を含む一様なメッシュ上で生成することが可能で、Brillouine zone積分にはスメアリング法（Fermi-Dirac、Hermite-Gaussian）あるいは（修正）四面体法を用いることができます。
STATEはf90で書かれておりMPIを用いて並列化されています。最新バージョンではOpenMPを用いたハイブリッド並列化も行われています。
**バージョン [#q0ac0d80]
- 5.6.1
**[[コンパイル方法>計算コードの使い方/STATE/コンパイル]] [#k0b8c35c]
コンパイルにはfortran90コンパイラとMPI,lapack,FFTW3(あるいは環境に応じたFFTライブラリ)が必要です。またバージョンによりコンパイルの方法（Makefile）が異なるので注意が必要です。
-[[5.6.1>計算コードの使い方/STATE/コンパイル/5.6.1]]
-[[5.6.3>計算コードの使い方/STATE/コンパイル/5.6.3]]
-[[5.6.5>計算コードの使い方/STATE/コンパイル/5.6.5]]
-[[5.6.6>計算コードの使い方/STATE/コンパイル/5.6.6]] (最新版)
// **How to STATE (0)Dependence on computer systems [#wd8f20fe]
// - [[Hello STATE>計算コードの使い方/STATE/centers]]
**実行方法[#ra14171b]
- 先ず擬ポテンシャルを所定の場所よりコピーあるいはダウンロードします。今CO分子を例とし、ソースディレクトリを
/home/hamada/STATE/src/STATE_5.6.1
擬ポテンシャルのディレクトリを以下
/home/hamada/STATE/gncpp
CとOの擬ポテンシャルをそれぞれpot_C_pbe1、pot_O_pbe1とします。ワーキングディレクトリにおいて
ln -s /home/hamada/STATE/src/STATE_5.6.1/STATE
および
ln -s /home/hamada/STATE/gncpp/pot_C_pbe1 fort.37
ln -s /home/hamada/STATE/gncpp/pot_O_pbe1 fort.38
を実行します。STATEおよび擬ポテンシャルの場所は自分の環境に合わせて適切に指定しましょう。
次にCO分子の計算のための入力ファイルをnfinp_1（以下の計算例を参照）、出力ファイルをnfout_1として
mpirun -np 2 STATE < nfinp_1 > nfout_1
を実行します。ここで"-np 2"の2は使用するプロセッサーの数であり、"mpirun -np 2"のコマンドは環境によって異なります。
**擬ポテンシャル [#j582d5e3]
擬ポテンシャルファイルはgncppディレクトリに含まれます。
擬ポテンシャルの情報はファイルのヘッダーで確認することが可能です。
- ポテンシャル名の例: pot_Pt_pbe1あるいはPt_pbe1/#vnew.data
- 例: pot_Pt_pbe1
78 10 1 1 : natomn, ival, iloc, itpcc
ggapbe : name
-- natomn: 原子番号
-- ival: 価電子の数
-- iloc: 局所ポテンシャルの軌道角運動量 l+1
-- itpcc: partial core correctionの有無 (itpcc=1: 有、itpcc=0: 無)
**チュートリアル [#dc6362f8]
-[[STATEチュートリアル>計算コードの使い方/STATE_tutorial]]
**計算例 [#k753e388]
- クイックスタート：[[CO>計算コードの使い方/STATE/CO molecule]]
- [[一酸化炭素>計算コードの使い方/STATE/CO]] - 構造最適化
- [[シリコン>計算コードの使い方/STATE/Si_opt]] [[[Si (old page)>計算コードの使い方/STATE/Si]]] - セルの最適化
- [[アルミニウム>計算コードの使い方/STATE/Al]] - バンド計算 ([[バンド計算の方法>/計算コードの使い方/STATE/BandStructure]])
- [[水分子>計算コードの使い方/STATE/H2O]] - 実空間における分子軌道
- [[銅(111)表面>計算コードの使い方/STATE/Cu111]] - バンド計算
- 構造最適化：[[一酸化炭素>計算コードの使い方/STATE/CO]]
- セルの最適化：[[シリコン>計算コードの使い方/STATE/Si_opt]] [[[Si (old page)>計算コードの使い方/STATE/Si]]]
- バンド計算：[[アルミニウム>計算コードの使い方/STATE/Al]] ([[バンド計算の方法>/計算コードの使い方/STATE/BandStructure]])
- 実空間における分子軌道：[[水分子>計算コードの使い方/STATE/H2O]]
- バンド計算：[[銅(111)表面>計算コードの使い方/STATE/Cu111]]
- [[酸素吸着表面>計算コードの使い方/STATE/Al111-O]]
- [[分子動力学シミュレーション>計算コードの使い方/STATE/Molecular dynamics]]
- [[双極子補正>計算コードの使い方/STATE/Dipole correction]]
- [[LDA+U>計算コードの使い方/STATE/TiO2 with LDA+U]]
- [[Nudged Elastic Band法による反応経路探索>計算コードの使い方/STATE/NEB]]
- [[拘束条件下での構造最適化とポテンシャルエネルギー表面>計算コードの使い方/STATE/PES]]
- [[有効遮蔽媒質 (ESM)法によるスラブ計算>ESM]]
- [[帯電した系の計算>計算コードの使い方/STATE/ChargedSystem]]
- [[半経験的van der Waals補正法>計算コードの使い方/STATE/vanderWaals]]
- [[SCF van der Waals密度汎関数>Self-consistent vdW-DFの使い方]]
** 解析例 [#tee7f8dc]
-[[分子動力学計算結果等のアニメーション化>計算コードの使い方/STATE/原子構造のアニメーション化]]
-[[実空間での電荷密度／波動関数の表示>計算コードの使い方/STATE/plot]]
-Atomic Orbital (AO) projected Density Of States (PDOS) (AO_LDOS, or PDOS)
-[[Bader解析>計算コードの使い方/STATE/AIM]]
-[[振動解析>計算コードの使い方/STATE/Vibration]]
-[[Crystal Orbital Overlap Population (COOP)>計算コードの使い方/STATE/COOP]]
-[[バンド計算>計算コードの使い方/STATE/BandStructure]]
-[[K-integrated AOLDOS >計算コードの使い方/STATE/AOLDOS]]
-[[K-resolved layer DOS (ALDOS_K) >計算コードの使い方/STATE/ALDOS_k]]
-[[K-integrated layer DOS (ALDOS_K) >計算コードの使い方/STATE/LPDOS]]
-[[k-resolved PDOS on to AO (COOP_K) >計算コードの使い方/STATE/COOP_k]]
-[[k-resolved AOLDOS on to AO (AOLDOS_K) >計算コードの使い方/STATE/AOLDOS_k]]
-[[動径分布関数の集計 >動径分布関数の統計的集計]]
-[[STMの計算方法 >STM]]
**ユーティリティ [#oad6bc99]
- [[chkinpf>計算コードの使い方/STATE/chkinpf]]
- [[state2X>計算コードの使い方/STATE/state2x]]
- [[ChargeUtil>計算コードの使い方/STATE/ChargeUtil]]
- [[CubeUtil>計算コードの使い方/STATE/CubeUtil]]
- [[chg2xsf_2d_3d>計算コードの使い方/STATE/chg2xsf_2d_3d]]
- [[slabgen>計算コードの使い方/STATE/slabgen]]
** ファイルフォーマット [#rd4608ac]
--[[ファイルフォーマット>計算コードの使い方/STATE/format]]
--[[フォートラン I/O>計算コードの使い方/STATE/io]]
// **Downloads [#c36aaaaa]
// --[[資料のダウンロード>計算コードの使い方/STATE/資料のダウンロード]]
**TODO [#n0da7ef6]
-Manual
--印刷可能版の作成
--英語版の作成
**参考文献 [#da871dae]
電子状態理論
- Richard M. Martin, Electronic Structure: Basic Theory and Practical Methods.
- R. M. マーチン（著）、寺倉清之（訳）物質の電子状態（上）（下）
- M. C. Payne, M. P. Teter, D. C. Allan, T. A. Arias, and J. D. Joannopoulos, Rev. Mod. Phys. 64, 1045 (1992).
密度汎関数理論:
- P. Hohenberg and W. Kohn, Phys. Rev. 136, B864 (1964).
- W. Kohn and L. J. Sham, Phys. Rev. 140, A1133 (1965).
Normconserving pseudopotential:
- N. Troullier and J. L. Martins, Phys. Rev. B 43, 1993 (1991).
Ultrasoft pseudopotential:
- D. Vanderbilt, Phys. Rev. B41, 7892 (1990).
- A. Pasquarello, et al., Phys. Rev. Lett. 69, 1982 (1992).
- K. Lassonone, et al., Phys. Rev. B47, 10142 (1993).
Iterative diagonalization:
- G. Kresse and J. Furthmuller, Phys. Rev. B54, 11169 (1996).
- G. Kresse and J. Furthmuller, Comp. Mat. Sci. 6. 15 (1996).
と、ここで引用されている論文を読むと良いでしょう。
Kresse&Furthmuller論文で引用されていますが、Davidson法、DIIS法に関するoriginalの論文が以下です。
- E.R. Davidson, J. Comp. Phys. 17. 87 (1975).
- D. M. Wood and A. Zunger, J. Phys. A: Math. Gen. 18, 1343 (1985).
非局所ポテンシャルの実空間での実装:
-R. D. King-Smith, et al., Phys. Rev. B44, 13063 (1991).
k点サンプリング:
- H. J. Monkhorst and J. D. Pack, Phys. Rev. B13, 5188 (1976).
Nudged elastic band法およびquenched molecular dynamics法:
- H. Jonsson, G. Mills, and K. W. Jacobsen, "Nudged elastic band method for finding minimum energy paths of transitions," in Classical and Quantum Dynamics in Condensed Phase Simulations, edited by B. J. Berne, G. Ciccotti, and D. F. Coker (World Scientific, Singapore, 1998), p 385.
- G. Henkelman, B. P. Uberuaga, and H. Jonsson, J. Chem. Phys. 113, 9901 (2000).
双極子補正:
- J. Neugebauer and M. Scheffler, Phys. Rev. B 46, 16067 (1992).
- L. Bengtsson, Phys. Rev. B 59, 12301 (1999)
ESM法:
- M. Otani, O. Sugino, Phys. Rev. B 73, 115407 (2006)
- I. Hamada, M. Otani, O. Sugino, Y. Morikawa, Phys. Rev. B 80, 165411 (2009)
**連絡先 [#a5359853]
不具合等ありましたら下記メールアドレスまでご連絡ください。（下記アドレスの＠は日本語文字なので注意）
--state_admin＠cp.prec.eng.osaka-u.ac.jp
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