ギ酸/Pt(111)界面

差電荷解析

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

  • 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

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

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。
    drhoz.png
    誘起双極子モーメントは以下のようになります。
    dmuz.png
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