NPTシミュレーションによる線膨張係数計算

[tsurimoto1234]

阪大のSQUIDで、PHASE/0の活用を検討しています。
具体的には、cifファイルがある結晶に対して、inputファイルを作成し、NPTシミュレーションで線膨張係数の計算を行いたいです。
（5点程度、温度を変えてNPTシミュレーションを行い、格子定数の傾きをとるような計算をイメージしています。）

解決したい問題は2つあります。
①まずcifファイルの変換について、以下のgeninp.pyを使ってみましたが、変換時にパスの先に擬ポテンシャルが無いようなエラーが出ました。
https://phase0.readthedocs.io/ja/latest/supplement/supplement.html#geninp-py

②続いて、無理やりcifファイルから座標をコピーして、以下のNPTシミュレーションのinput例を参考に、nfinp.dataを作成して、計算を実行したところ、途中で格子がひずんで壊れてしまいました。
https://phase0.readthedocs.io/ja/latest/ion_dynamics/ion_dynamics.html#section-npt-md

こちらの問題を解決する手法として、何か思い当たる点などありませんでしょうか？

[matelier]

解決したい問題は2つあります。 ①まずcifファイルの変換について、以下のgeninp.pyを使ってみましたが、変換時にパスの先に擬ポテンシャルが無いようなエラーが出ました。

geninp.pyご利用の際には、以下の設定を施してください。

ホームディレクトリーに.piouというファイルを作成し、その中身を以下のようにする必要があります。

pp.default_pp_dir=PATH_TO_PPDIR

ここでPATH_TO_PPDIRは擬ポテンシャルファイルが納められたディレクトリーです。

マニュアルconv.pyとinpcheck.pyの項目では上記説明があるのですが、geninp.pyでは抜けていました。補ってご利用ください。

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擬ポテンシャルの情報がなくても、原理的には入力ファイルのほとんどを作成することができます。

次回リリース予定のバージョンでは、上記設定をせずに（擬ポテンシャルの情報がなくても）入力ファイルを出力するように動作が変更される予定です。

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（マニュアルに記載されている通り）geninp.pyは、CIFの対称性を考慮しません。
「対称性を考慮しなければならないCIF」からPHASE/0の入力ファイルを作成する手順は、例えば、以下を参考にしてください。

https://github.com/matelier/moku-moku/tree/master/tools/cif2cell

https://github.com/matelier/moku-moku/tree/master/practice_phaseViewer
（CIFからの入力ファイル生成は後半に登場します）

[matelier]

②続いて、無理やりcifファイルから座標をコピーして、以下のNPTシミュレーションのinput例を参考に、nfinp.dataを作成して、計算を実行したところ、途中で格子がひずんで壊れてしまいました。

NPT計算が破綻する原因（理由）は様々あり得ます。
簡潔にお答えすることが（私には）難しいので、別の観点からコメントします。

第一原理計算による（固体材料の）「膨張係数」の評価には、フォノンの計算から求める方法も用いられます。
https://phase0.readthedocs.io/ja/latest/ion_dynamics/ion_dynamics.html#id13
「そのものズバリ」な例題は用意されていないので、言葉で簡潔に説明します。

• 格子長さ（体積）を変えた原子配置を複数用意して、それぞれ、フォノンの寄与を考慮した（自由）エネルギーを求めます。
• 温度によって自由エネルギーが最小になる格子が異なることを利用して、格子の温度依存性を評価します。その結果から（線）膨張係数を評価します。

別の場所では、（中級編相当の）講習会（のようなもの）の開催を画策しており、そのテーマ候補として「フォノン」を挙げています。
https://m3aterial.connpass.com/event/356205/
「フォノン」の説明をお約束するものではありませんが、ご参考になれば幸いです。

[jkoga-asms]

②続いて、無理やりcifファイルから座標をコピーして、以下のNPTシミュレーションのinput例を参考に、nfinp.dataを作成して、計算を実行したところ、途中で格子がひずんで壊れてしまいました。 https://phase0.readthedocs.io/ja/latest/ion_dynamics/ion_dynamics.html#section-npt-md

NPTシミュレーションについて一点コメントさせていただきます．
以下のようにpressure_control の下で method = volume と設定することによって一様にセルを変形させることができるようになります．

structure_evolution{
    method = temperature_pressure_control
    dt = 1 fs
    pressure_control{
      pressure = 0 GPa
      method = volume
    }
}

セルベクトル間の角度や長さの比はシミュレーション中不変になりますが，これが許容できるのであればデフォルトの方法と比べいくらかは安定すると思います

[tsurimoto1234]

ご回答頂きありがとうございます。
先日のご指摘の通り、mass_baroやmethod = volumeを追加して、NPT計算を実行しましたが、途中で構造が壊れてしまいました。

pressure_control{
        pressure = 1 GPa
        mass_baro = 100
        method = volume
}

次の施策として、構造最適化の後に、NPT計算を実施しようと考えているのですが、
計算後の構造を次のinputとするために良いツール等ありますでしょうか？

[matelier]

PHASE/0に付属するconv.pyを利用すると、PHASE/0の計算結果（nfdynm.data；座標データ）を入力ファイルに変換できます。
https://phase0.readthedocs.io/ja/latest/supplement/supplement.html#conv-py

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PHASE/0が出力するnfdynm.dataはテキスト形式で、その書式は説明されています。
https://phase0.readthedocs.io/ja/latest/supplement/supplement.html#f-dynm-nfdynm-data
（計算途中で「格子（構造）が壊れた」とご判断の際には、このファイルを参照なさったのではないか？と想像します。）

• ファイルの書式がわかる
• なんらかのテキストエディタに習熟している（矩形領域のカット＆ペーストできれば良い）

と、そのテキストエディタが「良いツール」になりませんか。