#+TITLE: dump2sq #+AUTHOR: 大窪 貴洋 #+LANGUAGE: en #+EMAIL: ohkubo.takahiro@faculty.chiba-u.jp #+OPTIONS: toc:2 num:nil author:t creator:nil LaTeX:nil \n:nil ^:{} #+SETUPFILE: https://amorphous.tf.chiba-u.jp/org-html-themes/org/theme-readtheorg.setup #+MACRO: color @@html:$2@@ #+MACRO: kakomi @@html:
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@@ \\ # * Author # [[https://amorphous.tf.chiba-u.jp/][大窪 貴洋]] (千葉院工) * はじめに 複数の時間ステップからなる時間ステップの構造データから、動径分布関数 $g(r)$ 、積算配位数 $CN(r)$ 、構造因子 $S(Q)$ を計算するプログラムです。 Triclinicなセルでも計算できます。原子ペア毎の$S(Q)$ を計算した後、原子 散乱因子または中性子散乱長を使って、X-rayと中性子回折実験的で観測され る $S(Q)$ を計算します。$g(r)$ は、セルサイズ $L/2$ を超えても計算でき ます。$L/2\sqrt{3}$ まで確保しても良さそうです。産総研の土田さんにアド バイスいただきました。 https://www.cmu.edu/biolphys/deserno/pdf/gr_periodic.pdf 1ステップ毎に$g(r)$ と$S(Q)$ を計算して最後に時間平均しています。よっ て、NPT計算でセルサイズが変わったとしても問題なく計算できます。計算コ ストのほとんどは、原子間距離の計算です。この計算はopenmpで並列化してい ます。 * 入力ファイル 拡張子で入力ファイルのformatを判断しています。 ** LAMMPS dumpコマンドで生成したtrajectryファイルです。1ステップ目で原子のな らび決めて、2ステップ目以降は、同じ原子の並びとして計算しています。 時間ステップで原子の並びが変わると、正しい結果にならないので注意し てください。データの並びを決め打ちしています。そのため、以下のよう にdumpとdump_modifyで元素記号の出力し、idでsortしておく必要がありま す。 #+begin_example dump 1 all custom 10 hoge.lammpstrj id type element x y z dump_modify 1 element Si O sort id #+end_example ** XYZ xyz形式です。1行目に原子数、2行目にStep数と、格子定数を記述しておき ます。alpha, beta, gammaがない場合は、90, 90, 90とします。3行目以降 にデータがならびます。2ステップ目以降も同じ形式でデータを並べます。 #+begin_example 420 Step 225837 18.4116484 18.4116484 18.4116484 90 90 90 Si 10.560073 17.438902 6.614775 O 17.812448 0.110128 0.3462461 . . . #+end_example * 出力ファイル 4つのファイルに拡張子を追加して出力します。basenameは、指定しなけれ ば、インプットファイルと同じになります。 ** 積算配位数 拡張子はcnです。原子ペア毎の $CN(r)$ が保存されています。 ** 動径分布関数 拡張子はgrです。原子ペア毎の $g(r)$ と全原子 $G(r)$ が保存されています。 ** 構造因子 拡張子はsqです。原子ペア毎の $S(Q)$ とX線と中性子で観測される $S(Q)$ が保存されています。 ** 原子散乱因子と中性子散乱長 拡張子はcoeffです。中性子散乱長と原子散乱因子を出力します。原子散乱 因子は、[[https://www.szfki.hu/~nphys/rmc++/downloads.html][xcoeff.f]]から抽出しています。中性子散乱長は、[[https://www.ncnr.nist.gov/resources/n-lengths/][NIST]]のデータを 参照しています。 * インストール プログラムはCで作成しています。Cのコンパイラを準備してmakeしてください。 ダウンロードして単にmakeしてください。 #+begin_example make #+end_example icc用のMakefileも準備しています。 #+begin_example make -f Makefile.icc #+end_example これで、dump2sqが生成されます。 * 使い方 並列計算のために、環境変数をセットしてスレッド数を指定しておく。 #+begin_example export OMP_NUM_THREADS=4 #+end_example example以下のglass.lammpstrjを引数で渡して実行してみます。 #+begin_example dump2sq example/glass.lammpstrj #+end_example デフォルトで、$g(r)$ を計算する$r$ の最大値は、もっとも小さいセル長 さの半分としています。プログラムが実行されると、次のように出力されて、 4つのファイルが出力されます。 #+begin_example basename: example/glass Maximum cell length = 17.284100 Rmax = 8.642050 Start Gr and Sq calculation... Calculation 0 steps... Calculation 10 steps... Calculation 20 steps... Calculation 30 steps... Calculation 40 steps... Calculation 50 steps... Calculation 60 steps... Calculation 70 steps... Calculation 80 steps... Calculation 90 steps... Total: 99 steps example/glass.coeff was generated. example/glass.cn was generated. example/glass.gr was generated. example/glass.sq was generated. #+end_example $g(r)$ の$r$ ステップや最大値、$Q$ の範囲をコマンドラインで指定できます。詳細 は、ヘルプを参照してください。ヘルプで表示される[ ]の値はデフォルト 値です。GRmaxは、セルサイズを超えても計算できますが、物理的な意味は ないでしょう。 #+begin_example ./dump2sq -h usage: dump2sq [options] inputfile inputfile format LAMMPS: *.lammpstrj FEMTECK: *.10 options: -h --help show this help message --SQmin=%f Q minimum [0.2] --SQmax=%f Q maximum [30] --SQdel=%d Q delta [0.02] --GRmin=%f r minimum [0.025] -r --GRmax=%f r maximum [L(minium cell length)*0.5] -s --GRdel=%d r delta [0.05] -o --output=%s Output basename [basename] #+end_example