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AkaiKKRのspc計算の入出力フォーマット その2

AkaiKKRのspc計算の入出力フォーマットでは、AkaiKKR(machikaneyama)の26 Augsut 2015のバージョンを利用して、それよりも以前の 22 May 2015 のバージョンと同じspcの入出力フォーマットに戻す方法を書きました。入力フォーマットの変更は簡単だったのですが、出力フォーマットの指定方法の変更は、少し面倒くさい感じでした。最新版の 22 July 2016 バージョンのAkaiKKRでは、この出力フォーマットの指定方法も簡単になりました。

具体的には source/spmain.firdfmt の値を変更することによって入力のフォーマットを、また、 iwrtfmt の値を変更することによって出力のフォーマットを変更できます。22 May 2015 のバージョンと同じspcの入出力フォーマットに戻すには、両方とも 1 を指定します。デフォルトの 3 を指定しておくほうがバンド構造のテスト計算には便利かもしれません(参考:AkaiKKRでバンド構造(分散関係))。しかしながら、ねがてぃぶろぐでは、今後とも基本的に22 May 2015 のバージョンと同じ入出力フォーマットで計算をすることにします。

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tag: AkaiKKR machikaneyama 分散関係 

AkaiKKRとgfortranの出力バッファリング

gfortran の出力バッファリングによるとgfortranは、デフォルトで出力をバッファリングするようになっているとのことです。AkaiKKRの実行コマンドで書いたように出力ファイルを tail -f で監視する際に邪魔になるので、環境変数を利用してバッファリングしないようにしてみました。

ちなみに私の環境では ifort でコンパイルした specx では、このようなバッファリングの問題は起こっていません。


gfortranの出力バッファリングの無効化


AkaiKKRの実行コマンドではAkaiKKR(machikaneyama)の実行ファイルである specx を使うときに必要となるコマンドやリダイレクトを紹介しました。このエントリの中で tail -f で出力ファイルをリアルタイムに監視する方法を書いたところで環境によっては出力ファイルへの書き込みがリアルタイムに行われず、ある程度バッファしてから行われることがあるようです。と書きました。

gfortran の出力バッファリングによると、この挙動はgfortranの仕様であるとのことです。更にgfortran の出力バッファリングのエントリでは、fortranのソースコードを編集する方法と環境変数を利用する方法の2種類の解決方法が紹介されています。

AkaiKKRのソースコードを変更するのは大変そうなので、環境変数を使う方法を試してみます。
具体的には specx の前に GFORTRAN_UNBUFFERED_ALL=y をつけて実行するだけです。

GFORTRAN_UNBUFFERED_ALL=y specx out/outfile &


このようにすることで、出力ファイルが逐次書き込まれ tail -f で中身をリアルタイムに確認することができるようになります。

.bashrc等への記述


しかしながら GFORTRAN_UNBUFFERED_ALL=y を毎回すべて打つのは大変なので .bashrc などに記述しておくことを考えます。
一番シンプルなのは、そのまま .bashrc などに記述してしまうことです。

export GFORTRAN_UNBUFFERED_ALL=y


csh系なら、下記のようになるでしょうか。

setenv GFORTRAN_UNBUFFERED_ALL=y


これらの方法は簡単でよいのですが、AkaiKKR以外のプログラムにgfortranを使っている場合、そのプログラムの挙動にも影響を与えてしまう副作用があります。
したがって .bashrc などに記述してしまうよりは specx を呼び出すシェルスクリプトなどに記述しておくほうが良いかもしれません。
あるいは、エイリアスを使う方法も考えられます。たとえば、以下のような記述を .bashrc に書いておきます。

alias specx='GFORTRAN_UNBUFFERED_ALL=y specx'


こうすることによって単純に specx とタイプすることによって、環境変数付きで specx を実行することができるようになります。

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tag: AkaiKKR machikaneyama gfortran 

AkaiKKRでウルツ鉱構造ZnO

AkaiKKR(machikaneyama)をもちいてAkaiKKRでルチル構造SnO2 その1その2ではルチル構造の計算をし、AkaiKKRで岩塩構造 BaO2では岩塩構造の計算をしました。今回はそれらに続いてウルツ鉱構造のZnOの計算を行います。

wZnO.png
Fig.1: ウルツ鉱構造のZnO



ウルツ鉱構造


Fig.1に示したのがウルツ鉱構造のZnOです。亜鉛原子を六方最密充填構造のように配置し、その四面体格子間位置のうち、半分のサイトを酸素が占めたような結晶構造をしています。この入力ファイルは、以下のようにしました。
四面体サイトのうち半分しか酸素が存在しないので、残りの格子間位置にも空孔をおくほうが精度が上がる可能性はありますが、今回はそのままにしてあります。

c------------------------------------------------------------
go data/ZnO
c------------------------------------------------------------
c brvtyp a c/a b/a alpha beta gamma
hcp 6.1415 , 1.602064 , , , , ,
c------------------------------------------------------------
c edelt ewidth reltyp sdftyp magtyp record
0.001 1.5 sra mjw nmag 2nd
c------------------------------------------------------------
c outtyp bzqlty maxitr pmix
update 8 200 0.035
c------------------------------------------------------------
c ntyp
2
c------------------------------------------------------------
c type ncmp rmt field mxl anclr conc
Zn 1 1 0.0 2
30 100
O 1 1 0.0 2
8 100
c------------------------------------------------------------
c natm
4
c------------------------------------------------------------
c atmicx atmtyp
1/3a 2/3b 0c Zn
2/3a 1/3b 1/2c Zn
1/3a 2/3b 0.3819c O
2/3a 1/3b 0.8819c O
c------------------------------------------------------------


結果


Fig.2-3がZnOのバンド構造と状態密度です。やはり、バンドギャップが小さく出ていて、半導体なのか金属なのか微妙です。

wZnO-DOS.png
ZnO-band.png

Fig.2-3: ウルツ鉱構造ZnOの状態密度とバンド構造


フェルミエネルギー付近を拡大した計算を行うと(ewidth=0.8Ry)、一応バンドギャップがあるらしいことは確認できます。ただし、フェルミエネルギーが価電子帯の中にめり込んでしまっています。前回同様、この点は気にし無い事にします。

ZnO-band2.png

Fig.4: フェルミ準位付近を拡大したバンド構造


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    付録


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tag: AkaiKKR machikaneyama KKR ウルツ鉱構造 ZnO 

AkaiKKRで岩塩構造 BaO2

AkaiKKR(machikaneyama)を用いて、岩塩型構造のBaOのバンド構造と状態密度を計算しました。バンドギャップが開いた半導体であることが確認できました。

rocksalt-BaO.jpg

Fig.1: 岩塩型構造BaO



岩塩型構造


AkaiKKRでルチル構造SnO2 その1, その2では、AkaiKKR(machikaneyama)を用いてルチル構造の半導体であるSnO2, GeO2, TeO2のバンド構造を計算しました。今回は岩塩構造のBaOの計算を行います。

Fig.1に示すのが、岩塩型の結晶構造です。面心立方構造を2つ組み合わせた形をしているということが分かります。多くのイオン結晶が個の結晶構造をとります。具体的には NaCl, MgO, KCl, CuO などです。
AkaiKKR BBSのVon Braun Nascimentoさんの書き込みでも、岩塩構造のBaOの計算がされています。

入力ファイルは以下のようになりました。
c---------------------BaO----------------------------------
go data/BaO
c------------------------------------------------------------
c brvtyp a c/a b/a alpha beta gamma
fcc 10.4621, , , , , ,
c------------------------------------------------------------
c edelt ewidth reltyp sdftyp magtyp record
0.001 1.5 sra mjw nmag 2nd
c------------------------------------------------------------
c outtyp bzqlty maxitr pmix
update 4 200 0.03
c------------------------------------------------------------
c ntyp
2
c------------------------------------------------------------
c type ncmp rmt field mxl anclr conc
Ba 1 1 0.0 2 56 100
O 1 1 0.0 2 8 100
c------------------------------------------------------------
c natm
2
c------------------------------------------------------------
c atmicx atmtyp
0.0 0.0 0.0 Ba
0.5 0.5 0.5 O
c------------------------------------------------------------


結果


Fig.2-3がBaOのバンド構造と状態密度です。

BaO-band.png
BaO-DOS.png

Fig.2-3: 岩塩構造BaOの状態密度とバンド構造


フェルミエネルギーが多少価電子帯にかかっていますが、バンドギャップは開いていて半導体となっていることが読み取れます。

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付録


このエントリで使用したファイルを添付します。ファイル名末尾の".txt"を削除して、"_"を"."に変更すれば使えるはずです。(参考:ねがてぃぶろぐの付録)


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tag: AkaiKKR machikaneyama 岩塩構造 BaO 半導体 

AkaiKKRでルチル構造SnO2 その2

AkaiKKRでルチル構造SnO2 その1と同様にルチル構造のGeO2とTeO2の状態密度とバンド構造を計算しました。

002_20160710125630226.jpg
Fig.1: ルチル型結晶構造



ルチル構造半導体


AkaiKKRでルチル構造SnO2 その1では、ルチル構造を持つSnO2のバンド構造と状態密度の計算をしました。ルチル構造を持った化合物としては、他にGeO2等があります。また、TeO2もルチル構造に良く似た結晶構造です。そこで今回は、前回と同様にこれら2種類の物質のバンド構造と状態密度の計算を行いました。

入力ファイル


格子定数はSvane and Antoncik (1987)にあわせて以下の値を用いました。

SnO2GeO2TeO2
a (Å)4.737 4.3954.790
c/a0.6730.65050.787
u0.3070.3070.31
table.1: 格子パラメータ


原子番号はそれぞれ8O, 50Sn, 32Ge, 52Te です。
前回と同様に ewidth の選び方は難しいのですが、今回の二つの場合は、コアを含めずに収束させました。go計算の入力ファイルは、以下のようになりました。

c------------------------------------------------------------
go data/GeO2
c------------------------------------------------------------
c brvtyp a c/a b/a alpha beta gamma
st 8.305, 0.6505, , , , ,
c------------------------------------------------------------
c edelt ewidth reltyp sdftyp magtyp record
0.001 1.8 sra vwn nmag 2nd
c------------------------------------------------------------
c outtyp bzqlty maxitr pmix
update 4 200 0.023
c------------------------------------------------------------
c ntyp
2
c------------------------------------------------------------
c type ncmp rmt field mxl anclr conc
Ge 1 1 0.0 2
32 100
O 1 1 0.0 2
8 100
c------------------------------------------------------------
c natm
6
c------------------------------------------------------------
c atmicx atmtyp
0.0a 0.0b 0.0c Ge
1/2a 1/2b 1/2c Ge
0.307a 0.307b 0.0c O
0.693a 0.693b 0.0c O
0.193a 0.807b 1/2c O
0.807a 0.193b 1/2c O
c------------------------------------------------------------


結果


Fig.2-3が GeO2の状態密度とバンド構造で、Fig.4-5がTeO2の結果です。どちらの結果もフェルミエネルギーが伝導帯に少しめり込んでしまっていますが、今は気にし無い事にします。

GeO2-DOS.png
GeO2-band-narrow.png
Fig.2-3: GeO2の状態密度とバンド構造


TeO2-DOS.png
TeO2-band-narrow.png
Fig.4-5: TeO2の状態密度とバンド構造


GeO2は、明らかに大きなバンドギャップが開いています。TeO2は、状態密度だけを見るとバンドギャップに重なりがあるようにも見えますが、バンド分散のほうを見るとどうやらバンドは開いているようです。

関連エントリ




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tag: AkaiKKR machikaneyama KKR ルチル構造  

AkaiKKRでルチル構造SnO2 その1

AkaiKKR(machikaneyama)を用いてルチル構造のSnO2のバンド構造を計算しました。

001_20160710125630051.png
Fig.1: ルチル構造SnO2のバンド構造



ルチル構造半導体


Fig.2に示したのがルチル型の結晶構造です。

002_20160710125630226.jpg
Fig.2: ルチル型結晶構造


今回は、ルチル構造のSnO2の状態密度とバンド構造を計算します。
ルチル構造は比較的格子間領域の広い結晶構造なので、マフィンティン半径の比や追加のempty sphereなど考えるべきものは色々あるかと思いますが、今回は単純に下記のような入力ファイルを用いることにします。

c------------------------------------------------------------
go data/SnO2
c------------------------------------------------------------
c brvtyp a c/a b/a alpha beta gamma
st 8.95, 0.673, , , , ,
c------------------------------------------------------------
c edelt ewidth reltyp sdftyp magtyp record
0.001 2.1 sra vwn nmag 2nd
c------------------------------------------------------------
c outtyp bzqlty maxitr pmix
update 4 200 0.023
c------------------------------------------------------------
c ntyp
2
c------------------------------------------------------------
c type ncmp rmt field mxl anclr conc
Sn 1 1 0.0 2
50 100
O 1 1 0.0 2
8 100
c------------------------------------------------------------
c natm
6
c------------------------------------------------------------
c atmicx atmtyp
0.0a 0.0b 0.0c Sn
1/2a 1/2b 1/2c Sn
0.307a 0.307b 0.0c O
0.693a 0.693b 0.0c O
0.193a 0.807b 1/2c O
0.807a 0.193b 1/2c O
c------------------------------------------------------------


ポスト処理として、状態密度とバンド構造の計算も行いました。ブロッホスペクトル関数の計算(spc計算)では、AkaiKKRのspc計算の入出力フォーマットの通りに22 May 2015のバージョンと同じ入出力フォーマットにしました。k点の座標は、AkaiKKRでSrTiO3ペロフスカイトのScilabスクリプトを利用しました。

結果


Fig.3に示したのがSnO2の状態密度の計算結果です。

003_20160710125629bb2.png
Fig.3: SnO2の状態密度


今回の計算では ewidth を上手に選ぶ必要がありました(参考: AkaiKKRのewidth その1)。今回の例では、-1.8 Ry 付近にあるコアの状態も ewidth の範囲に含むことで収束させました。

Fig.4に示したのがSnO2のバンド構造です。

004_201607101256294af.png
Fig.4: SnO2のバンド構造


これだと価電子帯や伝導帯の構造が分かりにくいので、さらに ewidth を小さくして計算した結果が、冒頭のFig.1です。
この結果はSvane and Antoncik (1987)による計算結果と調和的です。

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