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RESPACK

  • 公開度：3 ★★★
  • ドキュメント充実度：2 ★★☆

物質の相互作用パラメータを評価する第一原理計算ソフトウェア。 最局在ワニエ関数、RPA応答関数、周波数依存電子間相互作用パラメータが計算可能。ノルム保存型擬ポテンシャル+平面波基底を用いるバンド計算に対応しており、xTAPP および Quantum ESPRESSO に関しては、ファイルの変換スクリプトが用意されている。金属、半導体、遷移金属化合物、有機化合物など広範な物質群を計算できる。OpenMP / MPI に対応。

RESPACKを用いたSrVO3のワニエ軌道の作製(物性研スパコンohtakaでの使用例)
Last Update:2022/01/07
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執筆: MateriApps開発チーム (18/8/31)

使用方法:

ここでは、RESPACKの物性研スパコンsystem Bでの使用方法について紹介します。
RESPACKはsystem Bにプレインストールされているので、それを使いたいと思います。

source /home/issp/materiapps/intel/respack/respackvars.sh

というコマンドが実行されるとRESPACKに含まれる実行体やスクリプトへのパスが通るようになります。system B上でRESPACKを使用したい場合、ジョブスクリプトに上述のコマンドを記入してください。

コンパイル条件に関しては
https://www.pasums.issp.u-tokyo.ac.jp/usage-respack
に記載されているように

less /home/issp/materiapps/intel/respack/respack-20200113-1.log

で確認できるようです。もしデフォルト設定(Intelコンパイラ、Intel MPI)ではなく、自分で環境を設定している場合はIntelを使用するようにしてください。

実行例:

system B上での実行例として、サンプルとして用意されているQuantum ESPRESSOを用いたSrVO3のワニエ軌道の作製を紹介します。RESPACKによる有効模型の作製の大まかな流れは、以下のようになっています。

  1. 第一原理計算ソフト(xTAPP,Quantum ESPRESSO )でバンドを求める。
  2. ユーティリティ(xtapp2respack.sh, qe2respack.py)を使って、第一原理計算の結果をRESPACK用のインプットへと変換する。
  3. calc_wannierを使って、ワニエ関数を作る。
  4. calc_chiqwを使って、誘電関数を計算する。
  5. calc_j3dとcalc_w3dを使って、電子間相互作用の直接積分項と交換積分項を計算する。

今回のレビューでは、上の1-3までの紹介になります。
それぞれのプログラムで何を行っているかは、RESPACKの公式サイト・マニュアルを参考にしてください。
またxTAPPやQuantum ESPRESSOの詳しい使い方は、以下の公式サイトや本サイトのレビューなどが参考になります。

 

計算の準備

まずはQuantum ESPRESSO (QE)を使ってSrVO3の第一原理計算を行い、RESPACKを使うための準備をします。
サンプルフォルダをコピーして、そこに移動します。また、移動後にtmpという名前のディレクトリを作ってください。

cp -r /home/issp/materiapps/intel/respack/RESPACK-20171018-dist/sample/quantum-espresso/SrVO3.sc.6x6x6/ ./ 
cd SrVO3.sc.6x6x6
mkdir tmp

次にQE用のジョブスクリプトscf.sh、band.shをwgetを使ってダウンロードし、実行してください。SCF計算が終わった後に出力ディレクトリscfをbandという名前のディレクトリにコピーすることを忘れないようにしてください。

wget https://ma.issp.u-tokyo.ac.jp/wp-content/uploads/sites/3/2018/09/scf.sh
wget https://ma.issp.u-tokyo.ac.jp/wp-content/uploads/sites/3/2018/09/band.sh
sbatch scf.sh
cp -r tmp/scf tmp/band
sbatch band.sh

上述のジョブスクリプトを使うと、数十秒ほどで計算が終了します。

 

RESPACKの実行
次に、RESPACK実行のために必要なジョブスクリプト(wannier.sh)をダウンロードし、実行してください。

wget https://ma.issp.u-tokyo.ac.jp/wp-content/uploads/sites/3/2018/09/wannier.sh
sbatch wannier.sh

なお、RESPACKのインプットファイルは”input.in”です。これでRESPACKによってワニエ軌道が作製されました。

 

実行結果
実行ディレクトリ下にワニエ軌道に関する情報が出力されます。
作ったワニエ軌道のバンド構造とDFT計算で求めたバンド構造を比較するために、gnuplot上で

p[:][-3:3] “SrVO3.band.gnu” u 1:($2-12.5023) w l lc -1, “dir-wan/dat.iband” u ($1*2.57313218497098617116):($2-12.5023) pt 6 ps 1 lc 1, 0 w l lc -1

と打ってください。なお、12.5023はFermiエネルギーでSrVO3.scf.out内に出力されております。(Fermiでファイル内検索するとヒットします。)2.57313218497098617116はBrillouin Zoneのパスの長さです。


上図がプロットした結果です。黒の太い線がDFTの結果、赤丸がワニエ軌道の結果を示しております。赤丸は見やすくするために適宜ポイントを省いています。これを見ていただけるとわかるように、作ったワニエ軌道が元の第一原理計算のバンド構造をよく再現できていることがわかります。

#2022/1/7に2020年10月に導入されたohtaka用に書き換えました。

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