6_pfcc-extras の機能紹介

最新版(v0.12.0)の機能についてはこちらをご覧ください。

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目次

• はじめに
• インストール方法
• 主な機能の紹介
  • view_ngl
  • SurfaceEditor
  • povray_animation
  • isosurface
  • make_mol_surface
  • solid_solid_interface
  • wrap_molecule
  • adsorption_structure_search
  • monte_carlo

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はじめに

pfcc-extras は モデリングや結果の可視化などに使える便利なツールを集めたライブラリパッケージです。

試験的なライブラリパッケージとして提供しているため、新しい機能との互換性を保証するものではなく、将来予告なく変更、削除される可能性があることを予めご了承ください。

この記事で紹介する機能とそれぞれの example ファイルの場所は次の通りです。

機能	ファイルパス ※	対応Ver
view_ngl	visualization/visualization.ipynb	>0.5.0
SurfaceEditor	visualization/visualization.ipynb	>0.5.0
povray animation	povray_to_gjf/povray_animation.ipynb	>0.5.0
isosurface	isosurface/isosurface.ipynb	>0.5.0
make_mol_surface	make_mol_surface/make_mol_surface.ipynb	>0.5.0
solid_solid_interface	solid_solid_interface/make_solid_solid_interface.ipynb	>0.5.0
wrap_molecule	wrap_molecule/wrap_molecule.ipynb	>0.5.0
adsorption_structure_search	adsorption_structure_serch/ adsorption_structure_search_for_cluster.ipynb adsorption_structure_search_for_porus.ipynb adsorption_structure_search_for_slab.ipynb cluster_on_slab.ipynb	>0.5.0
monte_carlo(MC) GCMC Lattice MC	monte-carlo/gcmc monte-carlo/lmc	>0.5.0

※ すべて "/pfcc-extras-v0.x.0/examples/" 以降のパス です。 /pfcc-extras-v5.0.0/examples/ 以降のパス

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インストール方法

1. Package Launcher を開き、ページ下部から最新のバージョンを探します。
   
   
   
   
2. zip形式で保存します。
   
   
   
   
3. 保存した zipファイルを右クリックして “Extract Archive”で展開します。
   
   
   
   
4. /pfcc-extras-v0.x.0/examples/install.ipynb ファイルを開き下記のセルを実行してください。
   

   !pip install ..

   
   
   
   
5. 4まででインスートールは完了です。インストール実行前から実行中のPythonカーネルの場合、カーネルの再起動が必要です。
   
   インストールが完了したことの確認として以下のように実行して、インストールしたバージョンが返ってくるかお試しください。（このセルは install.ipynb に含まれます）
   
   
   • カーネル再起動の方法
     • Kernel メニュー > Restart Kernel...
       
       
       
     • メイン画面上部のバーから"Restart the kernel"のアイコンをクリックします。
       
       
       
   • バージョン v0.6.0 の場合
     

     import pfcc_extras
     
     print("pfcc_extras version: ", pfcc_extras.__version__)

     pfcc_extras version: 0.6.0

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各機能のご紹介

pfcc-extras に含まれる主な機能を紹介します。

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view_ngl

view_ngl は使いやすくカスタマイズを加えた可視化ツールです。

いくつかの描画表現をインタラクティブに変更可能です。

• 表示する元素の種類
• カラースキーム
• 元素球のサイズ

ファイル名を指定してファイルの保存もできます。

※ Show force、 Show charge を有効にするためには計算が必要です。

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SurfaceEditor

SurfaeEditor はさまざまな編集機能を含む可視化ツールです。

※ 事前に Calculator の設定が必要です。

次のような機能があります。

• カラースキームの変更
• 描画の軸方向の変更
• 選択した原子に以下の変更を適用
  • 削除 / 置換
  • 並行移動 / 回転
• エネルギーや最大の力の表示
• 簡単な最適化計算の実行
• 画像の保存
• XYZ軸の表示
• ポインターを合わせてIDと座標の表示

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povray_animation

povray を用いて traj ファイルの動画を作成します。

• .gif
• .png

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isosurface

Trajectory データから特定の元素の拡散経路を可視化するためのGaussian cube ファイルを作成します。cube ファイルは OVITO, VESTA, NGLViewer などで読み込むことができます。

手順：

1. Trajectory ファイルを準備します。（trj とする）
2. 次のように実行します。
   

   　iso = IsosurfaceCalculator(trj, grid_size = 0.5) ) 
   　iso.calculate(symbol = ‘Li’) x 
   　iso.export(‘./output.cube’) 

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make_mol_surface

有機分子などの表面構造を作成します。

手順：

1. バルク構造の準備
2. 構成要素を定義
3. make_mol_surface を実行
   • 表面構造を作る
   • 構成要素を探す
   • 構成要素にマッチしないものを取り除く。

(a) アントラセン, (b) グラフェン, (c) SiO₂, (d) CH₃, NH₃, Pbl₃

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solid_solid_interface

固体固体界面接合モデルを作成します。
※ pymatgen が必要です。

手順：

1. 2つの異なる bulk 構造を用意
2. それぞれ直方晶に切り取り（make_rectangular_slab）
3. 重ねた時のセルサイズのギャップを最小にする乗数を計算（make_similar_lattice_const_slabs）
4. 2つを重ねて界面構造を作成（surface_stack）
5. 単位格子を抽出（make_primitive）
6. 保存

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wrap_molecule

• wrap_molecule() … 周期境界を跨いだ分子を分割せずにwrap します。
• get_mol_index() … 分子ごとに index 番号付け、および ラベル付けします
• get_mol_list() … Atoms オブジェクトを分子ごとに分割します。

例：wrap_molecule()

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adsorption_strucuture_search

オープンソースのハイパーパラメータ自動最適化フレームワークである Optuna^TM を用いて吸着構造を求めます。以下の3つの事例を用意しています。

ファイル名	吸着剤（adsorbent）	吸着質（adsorbate）
adsorption_structure_search_for_slab	Ru(111) slab	acrolein （）
adsorption_structure_search_for_porous	SiO2 zeolite	H2O
adsorption_structure_search_for_cluster	AuCu cluster	2-Propen-1-thiol
cluster_on_slab	CeO2 slab	Co half cluster

• Ru(111) 表面モデル（slab）に対するアクロレインの吸着
• SiO₂ 多孔性結晶 に対する 水分子の吸着
• AuCu クラスタ に対する 2-プロペン-1-チオール の吸着
• CeO₂ 表面モデル（slab）に対する Co クラスタ

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monte_carlo

GCMC

グランドカノニカルモンテカルロ（Groud canonical Monte Carlo, GCMC）法を用いたシミュレーションを実行できます。多孔質材料である Metal-organic-framework （MOFs）に対する CO2 分子の吸着の事例で、入力ファイル、パラメタ設定から実行、結果の解析までの手順を紹介しています。

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Lattice MC

格子モンテカルロ（Lattice Monte Carlo, LMC）法を用いて金属スラブの構造探索をシミュレーションします。この事例では、Pt₃Auのスラブ構造を用います。

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