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#author("2023-12-22T11:43:57+09:00","default:StatE","StatE")
*ギ酸/Pt(111)界面 [#m1f1bafc]
#author("2024-02-14T10:51:30+09:00","default:StatE","StatE")
*水単量体/Pt(111)界面 [#m1f1bafc]
- 目次
#Contents
- はじめに~
このチュートリアルではPt(111)(2x2)表面に水分子を例にして差電荷の計算方法とユーティリティプログラムの使い方を説明します。
このチュートリアルではPt(111)(2x2)表面に水単分子（単量体、monomer）を例にして差電荷の計算方法とユーティリティプログラムの使い方を説明します。
**差電荷解析 [#d0e538ec]
ここでは以下のような差電荷密度の計算を行います。~
$\Delta \rho = \rho_{\mathrm{mol/sub}}(\mathbf{r}) - \rho_{\mathrm{mol}}(\mathbf{r}) - \rho_{\mathrm{sub}}(\mathbf{r})$~
ここで$\Delta \rho = \rho_{\mathrm{mol/sub}}(\mathbf{r})$、$\rho_{\mathrm{mol}}(\mathbf{r})$、$ \rho_{\mathrm{sub}}(\mathbf{r})$はそれぞれ吸着系の電荷密度、吸着分子の電荷密度、基板の電荷密度です。~
以下のようなディレクトリがあるとして説明を進めます。
Mol/ Sub/ Total/
ここでMol/、Sub/、Total/はそれぞれ吸着分子、基板、吸着系の計算のためのディレクトリです。
***吸着系の計算 [#t0f8bbc3]
- SCF計算
以下のような入力ファイルを使ってSCF計算を実行します。
-- Total/nfinp_scf
WF_OPT DAV
NTYP 3
NATM 15
GMAX 5.00
GMAXP 15.00
KPOINT_MESH 6 6 1
SCF 200
MIX_ALPHA 0.6
SMEARING MP
WIDTH 0.0020
EDELTA 1.D-09
NEG 80
ESM_BC BC1
&CELL
10.552437340000 0.000000000000 0.000000000000
5.276218670000 9.138678810000 0.000000000000
0.000000000000 0.000000000000 38.772130530000
&END
&ATOMIC_SPECIES
H 1.008 pot.H_lda3
O 15.999 pot.O_pbe3
Pt 195.080 pot.Pt_pbe1s
&END
&ATOMIC_COORDINATES CARTESIAN
0.522405221141 -1.533023771546 5.598314593679 1 1 1
0.522377859680 1.532121180968 5.597268491580 1 1 1
0.516611014914 -0.000460986866 4.554081496820 1 1 2
-0.000890586276 -0.004513673355 0.103193550047 1 1 3
5.286933751549 -0.004335198461 -0.005669898171 1 1 3
2.642999489828 4.569039415154 0.019484294346 1 1 3
-2.629973821912 4.563445081725 0.011017848481 1 1 3
0.007062901476 3.042267916724 -4.294200982477 1 1 3
5.278103981371 3.048323956136 -4.288032481892 1 1 3
2.655771533113 7.623050049818 -4.293271249646 1 1 3
-2.634540830538 7.615269052499 -4.303693753076 1 1 3
0.000000000000 -3.046226000000 -8.616029000000 1 0 3
5.276219000000 -3.046226000000 -8.616029000000 1 0 3
2.638109000000 1.523113000000 -8.616029000000 1 0 3
-2.638109000000 1.523113000000 -8.616029000000 1 0 3
&END
- 電荷密度の出力
SCF計算が収束した後に以下の入力ファイルを用いて実空間における電荷密度を出力します。
-- Total/nfinp_chg
TASK PRTCHG
WF_OPT DAV
NTYP 3
NATM 15
GMAX 5.00
GMAXP 15.00
KPOINT_MESH 6 6 1
NSCF 200
MIX_ALPHA 0.6
SMEARING MP
WIDTH 0.0020
EDELTA 1.D-09
NEG 80
ESM_BC BC1
&CELL
10.552437340000 0.000000000000 0.000000000000
5.276218670000 9.138678810000 0.000000000000
0.000000000000 0.000000000000 38.772130530000
&END
&ATOMIC_SPECIES
H 1.008 pot.H_lda3
O 15.999 pot.O_pbe3
Pt 195.080 pot.Pt_pbe1s
&END
&ATOMIC_COORDINATES CARTESIAN
0.522405221141 -1.533023771546 5.598314593679 1 1 1
0.522377859680 1.532121180968 5.597268491580 1 1 1
0.516611014914 -0.000460986866 4.554081496820 1 1 2
-0.000890586276 -0.004513673355 0.103193550047 1 1 3
5.286933751549 -0.004335198461 -0.005669898171 1 1 3
2.642999489828 4.569039415154 0.019484294346 1 1 3
-2.629973821912 4.563445081725 0.011017848481 1 1 3
0.007062901476 3.042267916724 -4.294200982477 1 1 3
5.278103981371 3.048323956136 -4.288032481892 1 1 3
2.655771533113 7.623050049818 -4.293271249646 1 1 3
-2.634540830538 7.615269052499 -4.303693753076 1 1 3
0.000000000000 -3.046226000000 -8.616029000000 1 0 3
5.276219000000 -3.046226000000 -8.616029000000 1 0 3
2.638109000000 1.523113000000 -8.616029000000 1 0 3
-2.638109000000 1.523113000000 -8.616029000000 1 0 3
&END
SCF計算と違うのは
TASK PRTCHG
の行だけです。
ここで行う差電荷解析のために出力ファイルのフォーマットは指定しません。
電荷密度はnfchgt_r.data
というファイルにASCII形式で出力されます。
***基板と分子の計算 [#n63948ef]
- SCF計算
- 電荷密度の出力
同様の計算を基板と分子について行います。
両者とも吸着系における構造を用いて計算を行い、構造緩和は行いません。以下が入力ファイルです。
-基板
-- SCF計算 (Sub/nfinp_scf)
WF_OPT DAV
NTYP 3
NATM 12
GMAX 5.00
GMAXP 15.00
KPOINT_MESH 6 6 1
NSCF 200
MIX_ALPHA 0.6
SMEARING MP
WIDTH 0.0020
EDELTA 1.D-09
NEG 80
ESM_BC BC1
&CELL
10.552437340000 0.000000000000 0.000000000000
5.276218670000 9.138678810000 0.000000000000
0.000000000000 0.000000000000 38.772130530000
&END
&ATOMIC_SPECIES
H 1.008 pot.H_lda3
O 15.999 pot.O_pbe3
Pt 195.080 pot.Pt_pbe1s
&END
&ATOMIC_COORDINATES CARTESIAN
-0.000890586276 -0.004513673355 0.103193550047 1 1 3
5.286933751549 -0.004335198461 -0.005669898171 1 1 3
2.642999489828 4.569039415154 0.019484294346 1 1 3
-2.629973821912 4.563445081725 0.011017848481 1 1 3
0.007062901476 3.042267916724 -4.294200982477 1 1 3
5.278103981371 3.048323956136 -4.288032481892 1 1 3
2.655771533113 7.623050049818 -4.293271249646 1 1 3
-2.634540830538 7.615269052499 -4.303693753076 1 1 3
0.000000000000 -3.046226000000 -8.616029000000 1 0 3
5.276219000000 -3.046226000000 -8.616029000000 1 0 3
2.638109000000 1.523113000000 -8.616029000000 1 0 3
-2.638109000000 1.523113000000 -8.616029000000 1 0 3
&END
-- 電荷密度の出力 (Sub/nfinp_chg)
TASK PRTCHG
WF_OPT DAV
NTYP 3
NATM 12
GMAX 5.00
GMAXP 15.00
KPOINT_MESH 6 6 1
NSCF 200
MIX_ALPHA 0.6
SMEARING MP
WIDTH 0.0020
EDELTA 1.D-09
NEG 80
ESM_BC BC1
&CELL
10.552437340000 0.000000000000 0.000000000000
5.276218670000 9.138678810000 0.000000000000
0.000000000000 0.000000000000 38.772130530000
&END
&ATOMIC_SPECIES
H 1.008 pot.H_lda3
O 15.999 pot.O_pbe3
Pt 195.080 pot.Pt_pbe1s
&END
&ATOMIC_COORDINATES CARTESIAN
-0.000890586276 -0.004513673355 0.103193550047 1 1 3
5.286933751549 -0.004335198461 -0.005669898171 1 1 3
2.642999489828 4.569039415154 0.019484294346 1 1 3
-2.629973821912 4.563445081725 0.011017848481 1 1 3
0.007062901476 3.042267916724 -4.294200982477 1 1 3
5.278103981371 3.048323956136 -4.288032481892 1 1 3
2.655771533113 7.623050049818 -4.293271249646 1 1 3
-2.634540830538 7.615269052499 -4.303693753076 1 1 3
0.000000000000 -3.046226000000 -8.616029000000 1 0 3
5.276219000000 -3.046226000000 -8.616029000000 1 0 3
2.638109000000 1.523113000000 -8.616029000000 1 0 3
-2.638109000000 1.523113000000 -8.616029000000 1 0 3
&END
-吸着子
-- SCF計算 (Mol/nfinp_scf)
WF_OPT DAV
NTYP 3
NATM 3
GMAX 5.00
GMAXP 15.00
KPOINT_MESH 6 6 1
NSCF 200
MIX_ALPHA 0.6
SMEARING MP
WIDTH 0.0020
EDELTA 1.D-09
NEG 16
ESM_BC BC1
&CELL
10.552437340000 0.000000000000 0.000000000000
5.276218670000 9.138678810000 0.000000000000
0.000000000000 0.000000000000 38.772130530000
&END
&ATOMIC_SPECIES
H 1.008 pot.H_lda3
O 15.999 pot.O_pbe3
Pt 195.080 pot.Pt_pbe1s
&END
&ATOMIC_COORDINATES CARTESIAN
0.522405221141 -1.533023771546 5.598314593679 1 1 1
0.522377859680 1.532121180968 5.597268491580 1 1 1
0.516611014914 -0.000460986866 4.554081496820 1 1 2
&END
-- 電荷密度の出力 (Mol/nfchg_chg)
TASK PRTCHG
WF_OPT DAV
NTYP 3
NATM 3
GMAX 5.00
GMAXP 15.00
KPOINT_MESH 6 6 1
NSCF 200
MIX_ALPHA 0.6
SMEARING MP
WIDTH 0.0020
EDELTA 1.D-09
NEG 16
ESM_BC BC1
&CELL
10.552437340000 0.000000000000 0.000000000000
5.276218670000 9.138678810000 0.000000000000
0.000000000000 0.000000000000 38.772130530000
&END
&ATOMIC_SPECIES
H 1.008 pot.H_lda3
O 15.999 pot.O_pbe3
Pt 195.080 pot.Pt_pbe1s
&END
&ATOMIC_COORDINATES CARTESIAN
0.522405221141 -1.533023771546 5.598314593679 1 1 1
0.522377859680 1.532121180968 5.597268491580 1 1 1
0.516611014914 -0.000460986866 4.554081496820 1 1 2
&END
***差電荷および誘起双極子の計算 [#gf52df43]
差電荷の計算には
state/util/chargeutil/src/drho2
を使用します。
コマンドサーチパスが設定されているとし、以下を実行します。
$ drho2
計算に必要なファイル名を聞かれますので、答えていきます。
Total/ディレクトリで作業しているとすると、今の例では入力データとして
nfinp_scf
nfchgt_r.data
../Sub/nfchgt_r.data
../Mol/nfchgt_r.data
を指定し、出力データとしては
drho.xsf
（3次元の差電荷）
drhoz.data
（差電荷の面（xy面）平均）
を指定します。~
差電荷のファイル（drhoz.data）には以下のデータが出力されます。
- (1列目) z座標
- (2列目) 差電荷
- (3列目) 差電荷のz方向への積分
- (4列目) z方向の誘起双極子モーメント
差電荷の面平均はたとえばgnuplotを用いて可視化すると以下のようになります。
#ref(http://www-cp.prec.eng.osaka-u.ac.jp/puki_state/graph/drhoz.png,5%)
誘起双極子モーメントは以下のようになります。
#ref(http://www-cp.prec.eng.osaka-u.ac.jp/puki_state/graph/dmuz.png,5%)
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