Quantum ESPRESSOで水分子(H₂O)の分子動力学(MD)計算を行う
Last Update:2025/08/29
https://pranabdas.github.io/espresso/hands-on/molecular-dynamics-pw/
にある入力ファイルをMateriApps LIVE!上で動かしてみる。
この入力ファイル[h2o.in]の内容は
&control calculation = 'md' ! MD計算の指定 restart_mode = 'from_scratch' ! 計算を最初から行うことを指定 prefix = 'h2o' ! 計算結果のファイル名のプレフィックス outdir = './tmp/' ! 計算結果の出力ディレクトリ pseudo_dir = './' ! 擬ポテンシャルのディレクトリ tstress = .true. ! 応力テンソルを計算する tprnfor = .true. ! 原子にかかる力を出力する ! about 1 fs; 1 a.u. = 0.048378 fs dt = 20 ! 時間ステップ（単位：atomic unit） nstep = 100 ! MDステップ数 / &system ibrav = 1 ! ブラベー格子のタイプ（1: 立方晶） celldm(1) = 15 ! 格子定数（単位：ボーア半径） nat = 3 ! ユニットセル内の原子数 ntyp = 2, ! ユニットセル内の原子の種類数 ecutwfc = 40 ! 波動関数のカットオフエネルギー（単位：Ry） nosym = .true. ! 対称性を使わない / &electrons conv_thr = 1e-8 ! SCF計算の収束閾値 / &ions pot_extrapolation = 'second-order' ! ポテンシャルの外挿法（2次） wfc_extrapolation = 'second-order' ! 波動関数の外挿法（2次） ion_temperature = 'initial' ! イオンの温度制御の方法（初期値に固定） tempw = 300 ! 目標温度（単位：K） / ATOMIC_SPECIES H 1.00784 H_ONCV_PBE-1.2.upf ! 水素の原子質量と擬ポテンシャルファイル O 15.999 O.pbe-n-kjpaw_psl.0.1.UPF ! 酸素の原子質量と擬ポテンシャルファイル ! relaxed structure ATOMIC_POSITIONS (angstrom) O 5.0000068025 4.8011777008 4.9999667189 ! 酸素の原子座標（単位：オングストローム） H 4.9999962341 5.3994076541 5.7670041300 ! 水素の原子座標（単位：オングストローム） H 4.9999969634 5.3994146451 4.2330291511 ! 水素の原子座標（単位：オングストローム） K_POINTS automatic 1 1 1 0 0 0 ! k点メッシュ（ガンマ点のみ）
である。
（注）Quantum ESPRESSOの入力ファイルに全角の文字が入っているとエラーが生じる場合がある。
h2o.inと同じディレクトリに擬ポテンシャルファイルをダウンロードする。
wget http://www.quantum-simulation.org/potentials/sg15_oncv/upf/H_ONCV_PBE-1.2.upf wget https://pseudopotentials.quantum-espresso.org/upf_files/O.pbe-n-kjpaw_psl.0.1.UPF
これを
mpirun -np 2 pw.x < h2o.in > h2o.out
のように実行すると、数分以内で計算が終わり、h2o.outができる。
Quantum ESPRESSOのパッケージPW/tools/pwo2xsf.shを用いてaxsfファイルを生成する。
MateriApps LIVE!上では
pwo2xsf --animxsf h2o.out > h2o.axsf
としてOVITOで可視化をするファイルh2o.axsfを作成すればよい。
OVITOで可視化した結果は
となる。(OVITOはMateriApps LIVE!ではなく、ローカル環境で実行した。)