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5.2 Performance of Car-Parrinello(CP) Molecular Dynamics(MD)(カー・パリネロ分子動力学の実行)

When you perform MD, you have to start from the case where the velocity of the atomic system is equal to 0. In this time, the atomic positions which are read from the input file cpv10.in are used. In subsequent calculation, if you use NBEG=0 or +1, the MD which is used a series of steps is performed. If NBEG=+1 the display of the number of steps are continuously increased. If you perform MD without changing the condition, you should use NBEG=+1 because it is convenience when you distinguish data.

If you change the flag TFOR=.true., MD which allows the movement of atoms are performed. For performing MD, a script ex_md.sh is available.

If you perform optimization of the atomic positions, energy is dropped to the ground state by using FRICE, FRICP, FRICH, et al. which consider the forces which act on atoms. In the case where the atomic positions are not far from the ground state, you shoud change FRICP and FRICH to 0 and use only FRICE. In CP method, usually, energy of the electron system shift to kinetic energy, so you should change only FRICE to the value which is not equal to 0. When you perform optimization of the atomic positions, the velocity of the atoms is important for breaking down a small barrier, so you should change FRICP to 0 so that they can break down as high barrier as possible. For optimization of the structure, ex_md.sh is available.

When you control the temperature by using Bloch-Parrinello method, you have to set the flags of TNOSEE and TNOSEP at the same time and set input variables which are associated with them. These variables are explained in section([*]).

In MD calculation, various computational efforts are output. Coordinates of each step of atoms output in the file(77). In the file(78), the forces which act on atoms are output ,but the forces which are associated with the velocity of Nose-variable are not involved. The velocity is able to be calculated by the change of coodinates. In the file(79), when NSPIN=4 total magnetic moment is output. In the file(80), the number of electrons which exist inside the radius (RATS(IS)) of each atom. Please refer to an input file cpv10.in. If NSPIN=2,4, the magnetic moment is also output. In the file(17), the data of the atomic coodinates with xyz-format are output with respect to each 20 steps. In the file(66), the temperature of the movement of atoms, total energy, et al. are output.

分子動力学を行うときには、原子系の速度ゼロからスタートする。 NBEG=-1から始めるようになっている。 このとき原子位置の座標は、入力ファイルcpv10.inから 読み込んだものを使う。 その後の計算では、NBEG=0または+1を用いると連続するステップ のMDを行うようになっている。NBEG=+1の場合は、ステップ数の 表示(NFI)を連続して増やしていくようになっている。 条件を変えずにMDを行っていく時は、通常NBEG=+1を用いる方が、 データの区別をするときに都合がよい。

原子を動くようにするMDの計算は、原子に働く力を計算する部分のフラグを
TFOR=.true.にすることで行うようになっている。MD を行なうために、スクリプトex_md.shが用意されている。

原子位置を最適化する場合は、その時の原子に働く力などを考慮して FRICE, FRICP, FRICHを用いてエネルギーを 基底状態に落して行く。あまり基底状態から離れていない原子位置の場合は、 FRICP,FRICHともにゼロとしてFRICEのみを用いて エネルギーを落して行くとよい。 CP法では、通常、原子系のエネルギーが波動関数の運動エネルギーに流れて 行くのでFRICEのみをゼロでない値にしておけばよい。 原子位置を最適化する場合、 原子の速度は、小さなエネルギー障壁を乗り越えるために重要であるので、 なるべく高いエネルギー障壁を乗り越えられるようにFRICPをゼロにして おくほうがよい。構造の最適化にはex_md.shを使用するとよい。

ブロッホ・パリネロ法[21]を用いて温度制御するときは、 TNOSEE,TNOSEPのフラグを同時に立てる。そのとき、それに関連 する入力変数も同時に設定しておく。 この部分の変数に関しては、節[*])で説明している。

MD計算では、いろいろな計算量が出力される。原子の各ステップの座標は ファイル(77)に出力される。ファイル(78)には、原子に働く力が出力される。 ただし、能勢変数の速度に関係する力は、含まれていない。速度は、座標の 変化から計算することができる。 ファイル(79)には、NSPIN=4のときに全磁気モーメントが出力される。 ファイル(80)には、各原子の半径(RATS(IS),入力ファイルcpv10.in 参照)の球内の電子数が出力される。NSPIN=2,4のときは、 磁気モーメントも出力される。 ファイル(17)には、20ステップ毎の原子座標データが、xyz書式で出力される。 ファイル(66)には、原子運動の温度、全エネルギーなどの情報が出力されている。


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Copyright (C), Tatsuki Oda (oda@cphys.s.kanazawa-u.ac.jp, Kanazawa University)