ダウンロード 動かして理解する 第一原理電子状態計算:DFTパッケージによるチュートリアル epub 本

今日の材料科学に欠かせない第一原理電子状態計算。手法やパッケージも整備され、シミュレーションを専門とする研究者以外にも、手が伸ばせるツールになりつつあります。本書では、実験系研究者を相手に「第一原理計算チュートリアル」を実施してきた著者が、可能な限り平易に、その概念と実務を解説。密度汎関数法(DFT)の無料パッケージQuantumEspressoを動かしながら、カギとなるスペック(パラメタ設定など)を体得していきます。WindowsとMac両方の環境構築から丁寧に解説し、マテリアルズインフォマティクスを見据えた研究体制構築の勘所も指南します。 【目次】第1章 はじめに 1.1 第一原理電子状態計算の実務とは 1.1.1 どんなソリューションか 1.1.2 何を「計算」しているのか 1.1.3 通常のシミュレーションと研究のイメージが違う 1.1.4 データ科学の展開との親和性 1.2 便利に進化しすぎてますます混乱 1.2.1 サイエンスの階層性 1.2.2 カーネル計算と外回り計算 1.3 実務者として目指すべき到達点は何か 1.3.1 なぜ,カーネル計算部分を学ぶのか 1.3.2 類似先行研究調査の勘所 1.3.3 トレース計算課題を見つけて手を動かす 1.3.4 避けたほうがいい勉強法 1.3.5 目指すべき到達点 1.4 参入の好機にある理由 1.4.1 外回りループが人工知能と結びついた 1.4.2 計算熱力学との合流 1.4.3 マテリアルゲノム 1.5 以降の内容 1.5.1 内容構成の方針 1.5.2 コマンドラインによる実習 1.5.3 チュートリアル環境の機種依存性 1.5.4 以降の章構成 第2章 作業環境の構築 2.1 ターミナル環境の整備まで 2.1.1 各OS(Mac/Win)で設定を進める流れ 2.1.2 初学者向けのミニマムガイド 2.1.3 各OSの基本操作とターミナル環境の設定 2.2 作業ディレクトリを整備する 2.2.1 作業ディレクトリの準備 2.2.2 各種インストール 2.2.3 教材セットの入手と配 2.2.4 エイリアスファイルの設定 2.3 Linux初学者への注意事項 2.4 各種ソフトのインストール(Mac/Win 共通事項) 2.4.1 cif2cellのインストール 2.4.2 pymatgenのインストール 第3章 計算の一連の流れ 3.1 自己無撞着計算という計算プロセス 3.2 インプットファイル群の準備 3.2.1 物質構造をどう準備するか 3.2.2 物質構造ファイルの入手 3.2.3 構造ファイルの書式変換 3.2.4 擬ポテンシャルの準備 3.3 自己無撞着計算 3.3.1 計算の準備 3.3.2 自己無撞着計算の実行 3.3.3 自己無撞着計算の結果チェック 3.4 手早くプロットして確認する 3.4.1 テキスト編集のための便利なコマンド 3.4.2 スクリプトを使って過去の知見を有効利用 3.4.3 プロッタの利用 3.5 電子構造の算定 3.5.1 状態密度図計算のためのNSCF計算 3.5.2 状態密度図の描画 3.5.3 部分状態密度の描画 3.6 分散図描画 3.6.1 分散図描画用のNSCF計算 3.6.2 bands.xを用いた分散図出力処理 3.6.3 plotband.xを用いた分散図描画 3.7 クイック・チェックとしての物性計算 3.8 補遺: k点パスの生成 第4章 計算条件の決定 4.1 計算条件の決定とは何か/なぜ重要なのか 4.1.1 信頼できる予見を得るためには 4.1.2 トレンド予測における同一条件の確保 4.2 計算分解能の決定 4.2.1 kメッシュ 4.2.2 エネルギーカットオフ 4.2.3 計算分解能の決定手順 4.2.4 エネルギーカットオフの決定 4.2.5 kメッシュの決定 4.3 擬ポテンシャル選定による予見差異 4.3.1 擬ポテンシャルのスペック 4.3.2 擬ポテンシャルの選定差異による違い 4.4 交換相関ポテンシャル選定による予見差異 4.4.1 まずは大雑把な理解 4.4.2 交換相関ポテンシャルによる予見差異 4.5 計算条件が予見に及ぼす影響 4.5.1 前節の結果について 4.5.2 予見差異を知ることの重要性 第5章 第一原理解析の理解に関する勘所 5.1 カーネル計算の位置づけ 5.1.1 カーネル計算からの展開 5.1.2 構造最適化計算 5.1.3 なぜカーネル計算/コマンド利用が重要か 5.2 カーネル計算の勘所 5.2.1 インプットパラメタを階層化して捉える 5.2.2 まずは押さえるべきインプットスペック 5.3 密度汎関数法の概略:交換相関ポテンシャルの理解に向けて 5.3.1 問題の定式化 5.3.2 密度汎関数理論の登場 5.3.3 交換相関ポテンシャル 5.3.4 コーン– シャム方程式 5.3.5 自己無撞着形式 5.3.6 交換相関汎関数のバリエーション 5.4 擬ポテンシャル 5.4.1 芯電子/価電子分割 5.4.2 擬ポテンシャルの大まかなカテゴリ 5.4.3 参照状態/相対論効果 5.5 基底関数系 5.5.1 基底関数系による展開 5.5.2 物理描像に基づいた基底選択 5.5.3 現代的な基底関数系 5.5.4 基底系を工夫して計算コスト低減を図る 5.6 ソフトウェアパッケージの選択指針 5.6.1 基底関数系のバリエーション理解が最初の鍵 5.6.2 どのようなものを選定するか 5.6.3 カーネル/パッケージ/ラッパー 5.7 補遺: SCF収束の調整 5.7.1 スロッシングとスメアリング 5.7.2 スメアリングパラメタによる収束の調整 5.7.3 ミキシングによる収束加速とリジューム計算 第6章 さらなる展開へ 6.1 シミュレーション協働実務の進め方 6.1.1 実験実務者が自ら計算を回す時代 6.1.2 文献調査の仕方 6.1.3 トレース研究の進め方 6.1.4 形式の統一化 6.2 自分の興味ある系への適用に至る道筋 6.2.1 アドバンストなジオメトリの構成 6.2.2 アドバンストな物性の評価 6.3 マテリアルズインフォマティクス 6.3.1 構造予測から発展した道筋 6.3.2 物性予測から発展した道筋 6.4 ハイスループット化とワークフロー化 6.4.1 ハイスループット化 6.4.2 ワークフロー化 6.4.3 量子モンテカルロ法電子状態計算 6.4.4 シミュレーションのスピード感がもたらすもの 6.5 マテリアルゲノムへ 付録A ターミナル環境設定の詳細(Macintosh版) A.1 概要 A.2 ターミナル環境の準備 A.2.1 Macの操作に慣れながら下準備 A.2.2 ターミナルから再起動してみる A.3 homebrewの導入 A.4 ターミナル環境の利用 A.4.1 フォルダとディレクトリの階層構造 A.5 ターミナルからのインストール A.5.1 ユーティリティ群のインストール A.5.2 QuantumEspressoのインストール A.6 Macでのターミナル利用について A.6.1 「Finder/フォルダ」と「ターミナル/ディレクトリ」とを行き来する便利な方法 付録B ターミナル環境設定の詳細(Windows版) B.1 概要 B.2 OSの基本操作とターミナル環境の設定 B.2.1 エミュレータのセットアップ B.2.2 ターミナル環境にログインする B.3 WinOS上からのユーティリティインストール B.3.1 VESTAのインストール B.3.2 Xserver のセットアップ B.4 ターミナル環境の利用 B.4.1 GUIとの対応 B.5 エミュレータ上からのインストール B.5.1 QuantumEspressoのインストール B.5.2 エミュレータ上からのユーティリティインストール 索 引