ecaljでシリコンの電荷密度

ecaljではポスト処理として電荷密度の計算が可能です。プロットにはecaljで銅のフェルミ面で用いたxcrysdenの他にVESTAも利用できます。

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Fig.1: シリコンの電荷密度



ecaljでシリコンのバンド構造(LDA計算)で作成したシリコンの入力ファイルを利用して、セルフコンシステント計算を行ってから、ポスト処理として以下のコマンドを実行します。

mpirun -np 2 lmf-MPIK si --density


上記のコマンドを実行すると smrho.xsf というファイルが作成されます。ecaljで銅のフェルミ面と同様にxcrysdenがインストールされていれば、以下のコマンドでxcrysdenが起動します。

xcrysden --xsf smrho.xsf


[Tool] → [Data Grid] → [OK] として Isovalue にとりあえず 0.08 を入力して [Submit] すると、シリコン原子間に異方性の強い共有結合が見えるようになります。

ecaljで銅のフェルミ面で書いたとおりxcrysdenはwindowsと相性が良くなさそうです。幸いにしてxsf形式の電荷密度はVESTAでも読み込むことが出来ます。VESTAで読み込んだ場合は、最初から等電荷密度面が表示されています。[Object] → [Properties] → [Isosurfaces...] から設定を変更することが出来ます。

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tag: ecalj 電荷密度 xcrysden VESTA 

ecaljで銅のフェルミ面

ecaljでは、ポスト処理としてフェルミ面の描画が可能です。より具体的に言うと、xcrysdenのbxsf形式でフェルミ面のデータファイルの出力が可能です。どちらかというとecaljでフェルミ面のデータを出力するよりもxcrysdenを使うほうが面倒なのですが、今回はそのあたりについて書きます。

Screenshot from 2017-09-22 193A253A51
Fig.1: 銅のフェルミ面



Ubuntuへのxcrysdenのインストール


Ubuntuへxcrysdenをインストールするのは簡単です。apt-getからインストールできます。

sudo apt-get install xcrysden


銅のフェルミ面の計算


ecaljでフェルミ面の計算をするのは極めて簡単で、通常のLDA計算を行った後、ポスト処理として job_fermisurfaceを実行します。今回はテスト計算ということで面心立方構造の銅のフェルミ面を描いて見ます。コントロールファイル ctrl.cu~/ecalj/MATERIAL/CuMLWF からコピーしてきました。LDA計算を含めて全部書くと以下のようになります。

cp ~/ecalj/MATERIAL/CuMLWF/ctrl.cu .
lmfa cu
mpirun -np 2 lmf-MPIK cu
job_fermisurface cu -np 2 10 10 10


最後の行がフェルミ面のデータを出力するポスト処理です。最後の 10 10 10 は計算するk点メッシュの分割数です。今回はテスト計算なので小さめの値にしていますが、実際にはもっと大きな数にしたほうがよいでしょう。
fermiup.bxsf というファイルが出来ているはずです。これがフェルミ面のデータが保存されたファイルです。

xcrysdenを用いたフェルミ面の描画


bxsf形式のファイルをxcrysdenで表示する前に注意点があります。それはUbuntuサーバー上で実行したxcrysdenをsshのX転送を使ってWindows上で表示しようとするとxcrysdenが落ちる点です。とりあえず私はクライアントマシンとしてWindows上のVirtualBoxにインストールしたUbuntuの上でxcrysdenを使うことにしました。

以下のコマンドでxcrysdenにフェルミ面のデータを読み込ませることが出来ます。

xcrysden --bxsf fermiup.bxsf


コマンドを打ち込むとxcrysdenのロゴとともに"Specify the Fermi Energy:"というダイアログが表示されます。値はあとから変更できるので、そのままOKをクリックします。

Screenshot from 2017-09-22 193A243A06

Screenshot from 2017-09-22 193A243A46
Fig.2-3: xcrysdenのロゴとフェルミエネルギー指定ダイアログ。値は気にせずOKをクリックする。


次にBARGraphとSelect bandsのウインドウが表示されます。BARGraphウインドウでは、1番から7番のバンドがどのエネルギー幅を持っているのかを示しています。水平な赤の破線で示されているのがフェルミエネルギー(E=0)です。フェルミエネルギーを横切っているバンドは6番だけです。従ってSelect bandsのBand number:6にだけチェックを入れてSelectedをクリックします。(フェルミエネルギーを横切るバンドが複数ある場合は、複数チェックを入れます。)

Screenshot from 2017-09-22 193A253A21

Screenshot from 2017-09-22 193A253A07
Fig.4-5: 1~7番の各バンドのエネルギー範囲と表示するバンドを選択するダイアログ。今回はフェルミエネルギーを横切っているのが6番だけなので6番だけを選択する。


するとフェルミ面が描画されます。Degree of Interpolationの値を大きくしてsubmitをクリックするとフェルミ面の表面が多少滑らかになります。

右下の薄ピンクの背景の部分に-0.026と書かれています。これが現在プロットされているフェルミエネルギーの値です。本来ゼロですが、若干ずれています。この値を変更することによって、フェルミエネルギー以外のエネルギーに対する波数空間での等エネルギー面をプロットすることが出来ます。

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