Quantum ESPRESSO の CO2 moleculeとZnO(Wurtzite)のIR and Raman spectra (PHonon/examples/example15) の実行例
Last Update:2022/02/12
(2020.5.23)
MateriApps LIVE!上 でCO2 moleculeとZnO(Wurtzite)の IR and Raman spectra （PHonon/examples/example15 ）を計算する。
準備：
- MateriApps LIVE! の利用の詳細は、MaterApps LIVE! の Wiki を参照する。
- PHonon/examples/example15ファイルは、MateriApps LIVE! 3.0の /usr/share/espresso/examples/PHonon/examples/example15 にある。
スペクトル計算の手順：
(1)pw.x で電子状態を求める。
(2)ph.xでフォノンのdynamical matrixを求める。
(3)dynmat.xでIRやRamanの散乱弾面積を求める。
実行例：
/usr/share/espresso/examples を自分のホームディレクトリにコピーする。
$ cp -r /usr/share/espresso/examples ~/
まず、examples配下に移動する。
$ cd examples
そのディレクトリにあるenvironment_variablesを修正する。
例えば、emacsというエディタを使って修正する時は、
$ emacs environment_variables
とする。
environment_variablesの修正内容
修正前：PSEUDO_DIR=$PREFIX/share/espresso/pseudo 修正後：PSEUDO_DIR=$HOME/pseudo
修正前：NETWORK_PSEUDO=http://www.quantum-espresso.org/wp-content/uploads/upf_files/ 修正後：NETWORK_PSEUDO=https://pseudopotentials.quantum-espresso.org/upf_files/
pseudoというディレクトリを作成する。
$ mkdir ~/pseudo
examples の配下のディレクトリPHonon/examples/example15へ移動する。
$ cd PHonon/examples/example15
run_example を実行する。
$ ./run_example
This example shows how to use pw.x and ph.x to compute IR and Raman spectra for a CO2 molecule and for ZnO in the Wurtzite structure. After the calculation, a gnuplot window posp up with both spectra. NOTE: Raman calculation currently disabled (not implemented for GGA). …
しばらく待つと
$ ./run_example
/home/user/examples/PHonon/examples/example15 : starting
This example shows how to use pw.x and ph.x to compute IR and Raman spectra
for a CO2 molecule and for ZnO in the Wurtzite structure.
After the calculation, a gnuplot window posp up with both spectra.
NOTE: Raman calculation currently disabled (not implemented for GGA).
executables directory: /usr/bin
pseudo directory: /usr/share/espresso/pseudo
temporary directory: /home/user/examples/tempdir
checking that needed directories and files exist... done
running pw.x as: /usr/bin/pw.x -nk 1 -nd 1 -nb 1 -nt 1
running ph.x as: /usr/bin/ph.x -nk 1 -nd 1 -nb 1 -nt 1
running dynmat.x as: /usr/bin/dynmat.x
cleaning /home/user/examples/tempdir... done
running the SCF for CO2... done
running phonon calculation of CO2... done
Extracting phonon data with dynmat... done
The data for spectrum is after '# mode [cm-1] [THz] IR' on co2.dm.out
Trying to plot it with gnuplot...
となり、
上図のようなCO2のIR and Raman spectraがプロットされる。
さらにしばらく待つと
cleaning /home/user/examples/tempdir... done
running the SCF for Wurtzite... done
running phonon calculation of ZnO... done
Extracting phonon data with dynmat... done
The data for spectrum is after '# mode [cm-1] [THz] IR' on zno.dm.out
Trying to plot it with gnuplot...
The results on the ZnO spectrum can be compared with
http://www.nature.com/srep/2013/131021/srep02999/pdf/srep02999.pdf
providing acceptable values for such a cheap calculation.
/home/user/examples/PHonon/examples/example15: done
Warning: empty y range [0:0], adjusting to [0:1]
上図のようなZnOのIR and Raman spectraがプロットされる。 （run_exampleが全部完了するまで、シリアルの計算で30分程度。）
PHonon/examples/example15の実行結果は、PHonon/examples/example15/results にある。
resultsディレクトリへ移動する。
$ cd results
co2.dm.outの内容を表示する。
$ less co2.dm.out Program DYNMAT v.6.5 starts on 6May2020 at 12:54:20 This program is part of the open-source Quantum ESPRESSO suite for quantum simulation of materials; please cite "P. Giannozzi et al., J. Phys.:Condens. Matter 21 395502 (2009); "P. Giannozzi et al., J. Phys.:Condens. Matter 29 465901 (2017); URL http://www.quantum-espresso.org", in publications or presentations arising from this work. More details at http://www.quantum-espresso.org/quote Parallel version (MPI & OpenMP), running on 1 processor cores Number of MPI processes: 1 Threads/MPI process: 1 MPI processes distributed on 1 nodes Reading Dynamical Matrix from file dmat.co2 ...Force constants read ...epsilon and Z* read Acoustic Sum Rule: || Z*(ASR) - Z*(orig)|| = 4.842579E-01 Acoustic Sum Rule: ||dyn(ASR) - dyn(orig)||= 2.153653E+00 A direction for q was not specified:TO-LO splitting will be absent Max |d(i,j)-d*(j,i)| = 0.000796 Max |d(i,j)-d*(j,i)|/|d(i,j)|: 0.8385% Polarizability (A^3 units) multiply by 0.971490 for Clausius-Mossotti correction 3.209842 1.106643 0.000563 1.106643 3.209842 0.000563 0.000017 0.000017 2.126683 IR activities are in (D/A)^2/amu units # mode [cm-1] [THz] IR 1 -1246.10 -37.3572 0.0726 2 -182.16 -5.4610 0.0000 3 -32.94 -0.9874 0.0000 4 -0.60 -0.0181 0.0000 5 22.82 0.6840 0.0000 6 552.42 16.5612 0.0466 7 622.42 18.6598 0.4203 8 1324.99 39.7221 0.0053 9 2360.29 70.7598 13.0327 DYNMAT : 0.00s CPU 0.00s WALL This run was terminated on: 12:54:20 6May2020 =------------------------------------------------------------------------------= JOB DONE. =------------------------------------------------------------------------------=
co2.dm.outにCO2のIR and Raman spectraのデータがあることが確認できる。
入力ファイルの確認：
PHonon/examples/example15/results の中の入力ファイルを確認する。
co2.scf.in：CO2 moleculeのpw.x計算用の入力ファイル
co2.ph.in：CO2 moleculeのph.x計算用の入力ファイル
co2.dm.in：CO2 moleculeのdynmat.x計算用の入力ファイル
zno.scf.in：ZnO(Wurtzite)のpw.x計算用の入力ファイル
zno.ph.in：ZnO(Wurtzite)のph.x計算用の入力ファイル
zno.dm.in：ZnO(Wurtzite)のdynmat.x計算用の入力ファイル
XCrySdenを用いればCO2 moleculeやZnO(Wurtzite)の結晶構造を可視化できる。
- CO2 moleculeの入力ファイルの可視化
$ xcrysden --pwi co2.scf.in
- ZnO(Wurtzite) の入力ファイルの可視化
$ xcrysden --pwi zno.scf.in
