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テスト計算

インストールが正常に終了したら、「work」ディレクトリに移動し、「Methane.dat」ファイルを入力ファイルとして下記のようにして「openmx」を実行して下さい。
     % mpirun -np 1 openmx Methane.dat > met.std &
   
OpenMP/MPIハイブリッドバージョンをお使いの場合は下記のコマンドを使います。
     % mpirun -np 1 openmx Methane.dat -nt 1 > met.std &
   

計算で用いた「Methane.dat」は、メタン分子のSCF計算を実行するための入力ファイルです。構造最適化は行いません。 この計算は2.6 GHz Xeon搭載マシンを使った場合、12秒程度で終了する筈ですが、実際の実行時間はコンピュータ環境に依存します。 計算が正常に終了すると、次の11個のファイルと1個のディレクトリが「work」ディレクトリに作成されます。

      met.std               SCF計算の標準出力    
      met.out               入力ファイルと標準出力    
      met.xyz               最終的な幾何構造
      met.ene               各MDステップにおける計算値
      met.md                各MDステップにおける幾何構造 
      met.md2               最終MDステップにおける幾何構造 
      met.cif               Material Stuido用の初期構造のcifファイル 
      met.tden.cube         Gaussian cube形式の全電子密度
      met.v0.cube           Gaussian cube形式のKohn-Shamポテンシャル
      met.vhart.cube        Gaussian cube形式のHartreeポテンシャル
      met.dden.cube         原子密度から計算した差電子密度 
      met_rst/              再スタートファイルを保存するディレクトリ
標準出力へ出力されるデータは「met.std」ファイルに格納されます。 これはSCF計算時の計算過程を知るために役立ちます。 「met.out」ファイルには、全エネルギー、力、Kohn-Sham固有値、Mulliken電荷、SCF計算の収束履歴、 および計算時間などの結果が記載されています。 参考のために「met.out」ファイルの一部を下記に抜粋します。 11回のSCF反復でエネルギー固有値が1.0e-10 ハートリー(Hartree)内に収束していることが分かります。

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                  SCF history at MD= 1                    
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   SCF=   1  NormRD=  1.000000000000  Uele= -3.523143659974
   SCF=   2  NormRD=  0.567253699744  Uele= -4.405605131921
   SCF=   3  NormRD=  0.103433490729  Uele= -3.982266241934
   SCF=   4  NormRD=  0.024234990593  Uele= -3.906896836134
   SCF=   5  NormRD=  0.011006215697  Uele= -3.893084558820
   SCF=   6  NormRD=  0.006494145332  Uele= -3.890357113476
   SCF=   7  NormRD=  0.002722267527  Uele= -3.891669816209
   SCF=   8  NormRD=  0.000000672350  Uele= -3.889285164733
   SCF=   9  NormRD=  0.000000402419  Uele= -3.889285102456
   SCF=  10  NormRD=  0.000000346348  Uele= -3.889285101128
   SCF=  11  NormRD=  0.000000515395  Uele= -3.889285101063
また全エネルギー、化学ポテンシャル、Kohn-Sham固有値、Mulliken電荷、双極子モーメント、力、規格化座標、 計算時間などが「met.out」ファイルに以下のように出力されます。
*******************************************************
        Total energy (Hartree) at MD = 1        
*******************************************************

  Uele.         -3.889285101063

  Ukin.          5.533754016241
  UH0.         -14.855520072374
  UH1.           0.041395625260
  Una.          -5.040583803800
  Unl.          -0.134640939010
  Uxc0.         -1.564720823137
  Uxc1.         -1.564720823137
  Ucore.         9.551521413583
  Uhub.          0.000000000000
  Ucs.           0.000000000000
  Uzs.           0.000000000000
  Uzo.           0.000000000000
  Uef.           0.000000000000
  UvdW           0.000000000000
  Utot.         -8.033515406373

  Note:

  Utot = Ukin+UH0+UH1+Una+Unl+Uxc0+Uxc1+Ucore+Uhub+Ucs+Uzs+Uzo+Uef+UvdW

  Uene:   band energy
  Ukin:   kinetic energy
  UH0:    electric part of screened Coulomb energy
  UH1:    difference electron-electron Coulomb energy
  Una:    neutral atom potential energy
  Unl:    non-local potential energy
  Uxc0:   exchange-correlation energy for alpha spin
  Uxc1:   exchange-correlation energy for beta spin
  Ucore:  core-core Coulomb energy
  Uhub:   LDA+U energy
  Ucs:    constraint energy for spin orientation
  Uzs:    Zeeman term for spin magnetic moment
  Uzo:    Zeeman term for orbital magnetic moment
  Uef:    electric energy by electric field
  UvdW:   semi-empirical vdW energy

  (see also PRB 72, 045121(2005) for the energy contributions)



  Chemical potential (Hartree)       0.000000000000

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***********************************************************
           Eigenvalues (Hartree) for SCF KS-eq.           
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***********************************************************

   Chemical Potential (Hartree) =   0.00000000000000
   Number of States             =   8.00000000000000
   HOMO =  4
   Eigenvalues
                Up-spin            Down-spin
          1  -0.69897190537228  -0.69897190537228
          2  -0.41522646150979  -0.41522646150979
          3  -0.41522645534084  -0.41522645534084
          4  -0.41521772830844  -0.41521772830844
          5   0.21218282298348   0.21218282298348
          6   0.21218282358344   0.21218282358344
          7   0.21227055734372   0.21227055734372
          8   0.24742493684297   0.24742493684297

***********************************************************
***********************************************************
                   Mulliken populations                    
***********************************************************
***********************************************************

  Total spin S =  0.000000000000

                    Up spin      Down spin     Sum           Diff
      1    C      2.509755704  2.509755704   5.019511408   0.000000000
      2    H      0.372561098  0.372561098   0.745122197   0.000000000
      3    H      0.372561019  0.372561019   0.745122038   0.000000000
      4    H      0.372561127  0.372561127   0.745122254   0.000000000
      5    H      0.372561051  0.372561051   0.745122102   0.000000000

 Sum of MulP: up   =     4.00000 down          =     4.00000
              total=     8.00000 ideal(neutral)=     8.00000

  Decomposed Mulliken populations

    1    C          Up spin      Down spin     Sum           Diff
            multiple
  s           0    0.681752967  0.681752967   1.363505935   0.000000000
   sum over m      0.681752967  0.681752967   1.363505935   0.000000000
   sum over m+mul  0.681752967  0.681752967   1.363505935   0.000000000
  px          0    0.609349992  0.609349992   1.218699985   0.000000000
  py          0    0.609302752  0.609302752   1.218605504   0.000000000
  pz          0    0.609349993  0.609349993   1.218699985   0.000000000
   sum over m      1.828002737  1.828002737   3.656005474   0.000000000
   sum over m+mul  1.828002737  1.828002737   3.656005474   0.000000000

    2    H          Up spin      Down spin     Sum           Diff
            multiple
  s           0    0.372561098  0.372561098   0.745122197   0.000000000
   sum over m      0.372561098  0.372561098   0.745122197   0.000000000
   sum over m+mul  0.372561098  0.372561098   0.745122197   0.000000000

    3    H          Up spin      Down spin     Sum           Diff
            multiple
  s           0    0.372561019  0.372561019   0.745122038   0.000000000
   sum over m      0.372561019  0.372561019   0.745122038   0.000000000
   sum over m+mul  0.372561019  0.372561019   0.745122038   0.000000000

    4    H          Up spin      Down spin     Sum           Diff
            multiple
  s           0    0.372561127  0.372561127   0.745122254   0.000000000
   sum over m      0.372561127  0.372561127   0.745122254   0.000000000
   sum over m+mul  0.372561127  0.372561127   0.745122254   0.000000000

    5    H          Up spin      Down spin     Sum           Diff
            multiple
  s           0    0.372561051  0.372561051   0.745122102   0.000000000
   sum over m      0.372561051  0.372561051   0.745122102   0.000000000
   sum over m+mul  0.372561051  0.372561051   0.745122102   0.000000000

***********************************************************
***********************************************************
                    Dipole moment (Debye)                  
***********************************************************
***********************************************************

 Absolute D        0.00000071

                      Dx                Dy                Dz
 Total              0.00000046        0.00000000       -0.00000054
 Core               0.00000000        0.00000000        0.00000000
 Electron           0.00000046        0.00000000       -0.00000054
 Back ground       -0.00000000       -0.00000000       -0.00000000

***********************************************************
***********************************************************
       xyz-coordinates (Ang) and forces (Hartree/Bohr)  
***********************************************************
***********************************************************

<coordinates.forces
  5
    1     C     0.00000   0.00000   0.00000   0.000000000327 -0.000...
    2     H    -0.88998  -0.62931   0.00000  -0.064883705001 -0.045...
    3     H     0.00000   0.62931  -0.88998   0.000000043463  0.045...
    4     H     0.00000   0.62931   0.88998   0.000000045939  0.045...
    5     H     0.88998  -0.62931   0.00000   0.064883635459 -0.045...
coordinates.forces>

***********************************************************
***********************************************************
       Fractional coordinates of the final structure       
***********************************************************
***********************************************************

     1      C     0.00000000000000   0.00000000000000   0.00000000000000
     2      H     0.91100190000000   0.93706880000000   0.00000000000000
     3      H     0.00000000000000   0.06293120000000   0.91100190000000
     4      H     0.00000000000000   0.06293120000000   0.08899810000000
     5      H     0.08899810000000   0.93706880000000   0.00000000000000

***********************************************************
***********************************************************
               Computational Time (second)                 
***********************************************************
***********************************************************

   Elapsed.Time.        11.725

                               Min_ID   Min_Time       Max_ID   Max_Time
   Total Computational Time =     0       11.725          0       11.725
   readfile                 =     0        8.987          0        8.987
   truncation               =     0        0.155          0        0.155
   MD_pac                   =     0        0.000          0        0.000
   OutData                  =     0        0.452          0        0.452
   DFT                      =     0        2.130          0        2.130

*** In DFT ***

   Set_OLP_Kin              =     0        0.127          0        0.127
   Set_Nonlocal             =     0        0.104          0        0.104
   Set_ProExpn_VNA          =     0        0.132          0        0.132
   Set_Hamiltonian          =     0        0.741          0        0.741
   Poisson                  =     0        0.351          0        0.351
   Diagonalization          =     0        0.004          0        0.004
   Mixing_DM                =     0        0.000          0        0.000
   Force                    =     0        0.200          0        0.200
   Total_Energy             =     0        0.296          0        0.296
   Set_Aden_Grid            =     0        0.022          0        0.022
   Set_Orbitals_Grid        =     0        0.026          0        0.026
   Set_Density_Grid         =     0        0.120          0        0.120
   RestartFileDFT           =     0        0.003          0        0.003
   Mulliken_Charge          =     0        0.000          0        0.000
   FFT(2D)_Density          =     0        0.000          0        0.000
   Others                   =     0        0.003          0        0.003

出力ファイル「met.tden.cube」、「met.v0.cube」、「met.vhart.cube」、および「met.dden.cube」には、 それぞれ全電子密度、Kohn-Shamポテンシャル、Hartreeポテンシャル、 および構成孤立原子の電子密度の重ね合わせを基準とした差電子密度がGaussian cube形式で書き出されています。 Gaussian cube形式は広く使われているグリッド形式であるため、Molekel [60]やXCrySDen [61]などの 無料の分子モデリングソフトウェアを用いて可視化することができます。後述の節にて可視化の例を示します。


t-ozaki 2013-12-23