はじめに

ここではLOBSTERのテスト計算を行ったレビューを書きます。

インストール・コンパイル方法

LOBSTERは公式サイトよりダウンロードできます。

ソースコードは配布されておらず、windows, mac, LinuxそれぞれのOS対応の実行バイナリファイルが配布されているため、インストールやコンパイルは不要です。氏名・所属・メールアドレスを記入してライセンスに同意することでダウンロードできるようになります。LOBSTER 5.0.0のダウンロードファイルは全部で約900MBほどありますが、実行バイナリは11MB程度です。実行バイナリの他に、マニュアルやテスト計算用のexampleファイルが含まれています。

また、計算結果の可視化にはwxDragonという解析・可視化ツールを使用します。

今回はLinuxでテスト計算を行います。

（windows版のwxDragonはレイアウトが崩れて使いにくかったので、今回はLinux環境(Windows11+WSL2)を利用してレビューしていきます。）

まずは、ダウンロードファイルを解凍します。

$ tar zxvf lobster-5.0.0.tar.gz

wxDragonも同様に解凍します。

$ tar zxvf wxDragon_Linux.zip

どちらのアプリもバイナリのみが提供されており、コンパイル不要です。

解凍したディレクトリには、実行バイナリの他に、マニュアルとサンプルインプット（ABINIT, VASP, QE, Generic）が用意されています。GenericはDFTコードではなく、平面波基底のDFT計算の構造や波動関数データなどを共通のjsonファイルにまとめたインプットサンプルとなっています。

今回のテスト計算では、DFT計算は行わず、GenericディレクトリにあるLi4I4(Cubic)のデータを使って、DOSやCOHPの計算を行い、データの可視化を行います。

インプット・アウトプットファイル

standard input: lobsterin
standard output: lobsterout
インプットファイル（DFT計算から得られる波動関数データ）
- Generic
  - LobsterInput.json
  - LOBSTER_Kpoints
アウトプットファイル
- CHARGE.lobster
- COBICAR.lobster
- COHPCAR.lobster
- COOPCAR.lobster
- DOSCAR.lobster
- GROSSPOP.lobster
- ICOBILIST.lobster
- ICOHPLIST.lobster
- ICOOPLIST.lobster
- MadelungEnergies.lobster
- POLARIZATION.lobster
- POSCAR.lobster
- SitePotentials.lobster
- bandOverlaps.lobster

実行方法・実行結果

DFT計算を行ってwave functionの情報が出力されているディレクトリ内で、lobsterinを作成し、以下を実行します。

$ ${PATH_LOBSTER}/lobster

標準出力はlobsteroutに記録されています。

今回行うGenericディレクトリに入っているサンプルはLi4I4(Cubic)構造になります。POSCAR.lobsterに構造ファイルが出力されています。名前をPOSCARに変更し、VASPの構造ファイル可視化のviewerなどで、可視化できます。（以下の図はPOSCARをcifに変換し、OpenMX Viewerを用いて描画しています。）

結果の可視化

ここでは、結果の可視化の例として、DOSとCOHPの結果をwxDragonを用いて可視化します。

まずはDOSとPDOSの描画を行うため、以下のコマンドでwxDragonを起動します。読み込みに少し時間がかかるので辛抱強く待ちます。

$ wxDragon DOSCAR.lobster

ここのSetting panelでx,yの範囲も指定できます。

上記の手順でDOSとPDOSの図が描画できる。”Export as …”ボタンでepsやjpeg形式での保存にも対応しています。

出力された図は以下のようになりました。

同様にして、Li-I間のCOHPとCOOPを描画することができます。

$ wxDragon COHPCAR.lobster

$ wxDragon COOPCAR.lobster

DOSの図より-3eVから1eVの間にバンドギャップがあることが分かります。-pCOHPが-7eVから-3eVあたりで正（結合的）、1eVを超えたところで負（反結合的）となっていることから、Li-Iの結合によりバンドギャップが開いている様子が分かります。

まとめ

本レビュー記事では、平面波基底のDFT計算結果からLOBSTER+wxDragonを用いることでDOS・PDOSとCOHP・COOPの計算と描画テストを行いました。描画ソフトのwxDragonは一見便利ですが、PC環境によってはうまく描画されなかったり、途中で落ちてしますことがありました。matplotlibやgnuplotなどの利用に慣れているユーザがであれば、そちらを使うことも検討したほうが良いと思います。

LOBSTERは平面波基底のDFTにのみ対応していますが、局在基底を利用するOpenMX(ver. 4.0)やSiestaなどのようにDFTコード内でCOHP・COOPの計算に対応したアプリがあります。