文部科学省 ITプログラム「戦略的基盤ソフトウェアの開発」

FSISフリーソフトウェア

ナノシミュレーションシステム

CAMUS-FSIS version 1.0

CAMUS-FSISユーザーマニュアル

■ 本ソフトウェアは文部科学省 ITプログラム「戦略的基盤ソフトウェアの開発」プロジェクトによる成果物です。本ソフトウェアを無償でご使用になる場合 [FSISフリーソフトウェア利用権許諾書] をご了承頂くことが前提となります。営利目的の場合には個別契約の締結が必要です。これらの契約で明示されてい

ない事項に関して，或いは，これらの契約が存在しない状況においては，本ソフトウェアは著作権法など，

関係法令により保護されています。

■ お問い合わせ先

(公開/契約窓口) (財)生産技術研究奨励会〒 153-8505 東京都目黒区駒場 4-6-1

(ソフトウェア監理元) 東京大学生産技術研究所 計算科学技術連携研究センター〒 153-8505 東京都目黒区駒場 4-6-1FAX: 03-5452-6662E-mail: software@fsis.iis.u-tokyo.ac.jp

COPYRIGHT of the program codesCopyright (C) 1999-2005Takahisa Ohno, Yoshitaka Tateyama, Nobutaka Nishikawa, and Yoshimichi Nakamura.It is understood by the authors that the Institute of Industrial Science (IIS), the University of Tokyo,distributes this program as "FSIS Free Software" with users' agreement with the terms and conditions writtenin the file, LICENSE or LICENSE_J.pdf (Japanese).

HISTORYThe original version of this set of the computer programs "CAMUS-FSIS" was developed by Takahisa Ohno,Yoshitaka Tateyama, and Nobutaka Nishikawa since 1999. Since 2002, this set has been tuned and newfunctions have been added to it as a part of the national project "Frontier Simulation Software for IndustrialScience", which is supported by the IT program of the Ministry of Education, Culture, Sports, Science andTechnology (MEXT) of Japan. The program was developed further by Takahisa Ohno, Yoshitaka Tateyama,Nobutaka Nishikawa, and Yoshimichi Nakamura. The manual and tutorial were written by YoshimichiNakamura. The activity of "Nano-Scale Device Simulation" group, FSIS, is supervised by Takahisa Ohno.

CONTACT ADDRESS"Frontier Simulation Software for Industrial Science" project,The Institute of Industrial Science (IIS), The University of Tokyo4-6-1 Komaba, Meguro-ku, Tokyo 153-8505, JapanFAX +81-(0)3-5452-6662E-mail software@fsis.iis.u-tokyo.ac.jpURL http://www.fsis.iis.u-tokyo.ac.jp

* When distributing FSIS Software duplications, the user must attach the full text in this file.

Grant of License to Use FSIS Free Software (to users for non-profit purposes)

Terms and Conditions of License for Use of FSIS Free Software

The Institute of Industrial Science (IIS), University of Tokyo, hereby grants a license to use all or part of the resultsof “Frontier Simulation Software for Industrial Science” project (“FSIS Project”) organized by the IT Program of theMinistry of Education, Culture, Sport, Science and Technology free of charge and pursuant to the following conditionsand restrictions for users for non-profit purposes. The Institute of Industrial Science (IIS), University of Tokyo, willdelegate the distribution of this software to The Foundation for the Promotion for Industrial Science.

1. Definition of FSIS Free Software FSIS Free Software means any items marked “FSIS Free Software” among theproject’s results including source programs, object programs, specifications, design specifications, data, implementationresults and instruction manuals.

2. Extent of Free Use Users may use FSIS Free Software free of charge for purposes such as running FSIS Free Softwarewith optional data for one ’s private use, using the results thereof for one ’s private use, duplicating and distributingFSIS Free Software, and modifying and then implementing FSIS Free Software.

3. Rules for Modification and Distribution If the user creates a modified version of FSIS Free Software by modifyingthe FSIS Free Software itself, incorporating it into other software or other such means and duplicates or distributessuch software thereafter, the user must keep “FSIS free software” in the name of such software (e.g., if the FSIS freesoftware is named Protein DF, the new software is named /Protein DF.) and display a copyright notice therein.The “copyright notice” segment of the internal code of the FSIS Free Software may not be altered, regardless of thereason therefore, unless it is to update or make additions to modify records such as the name of the modifier or date ofmodification.

4. Copyright Notice Users must display adequately and conspicuously in each FSIS Free Software duplication acopyright notice at the first part of the credits and other indications of the software with the name of the software,version, and copyright holder. When distributing FSIS Software duplications, the user must attach the full text of theseTerms and Conditions without any changes.

5. User Obligations In order to publicly announce the results of using the FSIS Software, the user must clearly displaythe name, version and copyright holder together with the fact that such results were achieved by “using the results fromthe Frontier Simulation Software for Industrial Science Project.” If the user modifies the FSIS Software and publiclyannounces the results of running the software thereafter, the user must attach, at the time of public announcement,an explanation that will specify the contents and history of such modifications. We ask that the user report any bugsor problems discovered in the FSIS Software, to the Collaborative Research Center of Frontier Simulation Software forIndustrial Science at the Institute of Industrial Science, the University of Tokyo. The user may not publicly announceor disclose to a third party any bugs or problems discovered without permission.

6. Commercial Use The user must enter into a separate license agreement for commercial purposes before using theFSIS Free Software for a commercial purpose such as those set out in (1) through (3) below.(1) Duplicating or distributing the FSIS Free Software by the user and demanding from the party to whom the userdistributed the Software not only payment for the Software as a copyrighted product, but anything of economic value,including expenses required for such duplication or distribution, or indicating the need therefore.(2) Running of the FSIS Free Software by the user, including legal entities, not for its licensed private use, but to provideservices to a third party, regardless of whether such provision is free of charge.(3) Engaging in any kind of commercial transaction such as creating a pledge or security interest over the FSIS FreeSoftware in any form, including the parts modified by the user itself. The user acknowledges in advance that if it carriesout any activity that breaches this clause, the copyright holder of any software shall prohibit the user from using thesoftware. The user also acknowledges in advance that the copyright holder may claim indemnification for any profitsequal to those gained by the user through such breach.

7. No Warranty Neither the Institute of Industrial Science (IIS), the University of Tokyo, the Foundation for thePromotion for Industrial Science nor any other concerned party warrants to the user the quality, performance, orimplementation results of the FSIS Free Software in anyway. The user agrees that it is solely responsible in the use of theFSIS Free Software and if damages occur through using the Software, the user shall be responsible for all consequences;including compensations for damages and injuries incurred by a third party.

8. Breach of these Terms and Conditions If the user breaches these Terms and Conditions, the user shall unconditionallycarry out any measures deemed necessary to correct any situation resulting from such breach by the Institute of IndustrialScience, the University of Tokyo.

- End of the terms and conditions-

ＦＳＩＳフリーソフトウエアの使用権許諾 (非営利使用ユーザー向け)

ＦＳＩＳフリーソフトウエア使用許諾条件

東京大学生産技術研究所は、次の条件や制限のもとで、文部科学省ＩＴプログラム「戦略的基盤ソフトウエア

の開発 (Frontier Simulation Software for Industrial Science)」プロジェクト (以下、FSISプロジェクト)による成果物の全てまたは一部を無償で使用することを許諾します。なお、このソフトウエアは、(財)生産技術研究奨励会が東京大学生産技術研究所の委託を受けて配布します。

１．ＦＳＩＳフリーソフトウエアの定義書、設計書、データ、実行結果およびマニュアルなど、ＦＳＩＳプロ

ジェクトによる成果物のうち『ＦＳＩＳフリーソフトウエア』の標記があるものをＦＳＩＳフリーソフトウエア

と呼びます。

２．無償使用の範囲ＩＳフリーソフトウエアを任意のデータを用いて実行したり、その結果を利用者の自己の

ために使用する行為、ＦＳＩＳフリーソフトウエアを複製し頒布する行為、および、ＦＳＩＳフリーソフトウエ

アを改変しそれを実行する行為等を含みます。

３．改変・頒布での遵守事項ＦＳＩＳフリーソフトウエアを変更したり他のソフトに組み込む等の行為により、

改変したＦＳＩＳフリーソフトウエアを複製・頒布する場合は、そのソフトウエア名にはＦＳＩＳフリーソフト

ウエアの名称を残し（例えば、ＦＳＩＳフリーソフトウエアの名称を Protein DF とした場合、 /Protein DFのようにネーミング）、かつ、著作権表示を行うことを義務づけます。目的の如何を問わず、ＦＳＩＳフリーソフ

トウエア内部コードの『著作権表示』記載部分を修正する行為は、改変者氏名や改変日時などの改変記録を追加

する場合を除き、禁止されています。

４．著作権の表示略的基盤ソフトウエアの開発 (Frontier Simulation Software for Industrial Science)」プロジェクト (以下、FSISプロジェクト)による成果物の全てまたは一部を無償で使用することを許諾します。なお、このソフトウエアは、（財）生産技術研究奨励会が東京大学生産技術研究所の委託を受けて配布します。FSISプロジェクトの成果物であるソースプログラム、オブジェクトプログラム、仕様利用者がＦＳＩＳフリーソフトウエアを

無償で使用できる行為には、自己のためにＦＳ利用者は、各々のＦＳＩＳフリーソフトウエアの複製物に、ソフ

トウエア名・バージョン・著作者氏名などの著作権表示を表示の先頭部等の箇所に適切かつ目立つように掲載す

るとともに、頒布する場合は、複製物に本許諾条件の全文をそのまま添付しなければなりません。

５．利用者義務ＦＳＩＳソフトウエアを利用した結果を公表する場合には、『戦略的基盤ソフトウエアの開発プ

ロジェクトの成果を利用した』旨を、使用したＦＳＩＳソフトウエアの名前、バージョン、著作者氏名などの記

載とともに、明示して下さい。利用者がＦＳＩＳソフトウエアを改変し、その実行結果を公表する場合は、改変

内容や改変履歴が特定できる説明を添付して公表しなければなりません。利用者がＦＳＩＳソフトウエアのバグ

や不具合を発見した場合、東京大学生産技術研究所計算科学技術連携研究センターに報告して下さい。発見した

バグや不具合を許可なく公表したり、第３者に知らせることを禁止します。(2) 法人を含み利用者は、自己の目的に限りＦＳＩＳフリーソフトウエア実行が許諾されているものであり、有償無償を問わず第三者へのサービスの

ためにＦＳＩＳソフトウエアを実行する行為をすること。(3) 利用者は、自己が改変した部分も含み、ＦＳＩＳフリーソフトウエアを質権や担保など、いかなる商取引の対象に加えること。

６．営利目的に使用する場合利用者は、FSIS フリーソフトウエアを下記 (1)～(3)に例示するような営利目的に使用する場合には、事前に別途営利目的の場合における使用許諾契約を締結する必要があります。(1) 利用者がＦＳＩＳフリーソフトウエアを複製・頒布する場合、著作物としての対価のみならず、複製ないし頒布に必要な経費

など経済的価値を、頒布を受ける者に対して提示ないし要求すること。利用者が本項に反する行為を行った場合

には、各ソフトウエア等の著作権者によりその利用を差し止められることを利用者は予め了解します。かつ、利

用者は、それにより得た利益相当額の賠償をもとめられることも予め了解します。

７．無保証ＦＳＩＳフリーソフトウエアは、その品質や性能あるいは実行結果について、利用者に対してはい

かなる保証もされていません。利用者は自己の責任において使用することに同意することとし、もし使用するこ

とにより損害が生じた場合には、第三者への損害や被害の修復も含み、その結果責任は全て利用者に帰すること

とします。８．利用者が本使用許諾条件に違反した場合利用者が本使用許諾条件に違反した場合には、利用者は、

東京大学生産技術研究所がその状態を是正するために必要と認めて行う措置に無条件に従うものとします。

－ 以上－

目 次

1. はじめに .............................................................. 1

1.1 CAMUS-FSISとは .................................................... 1

1.2 CAMUS-FSISの機能と特徴 ............................................ 1

2. インストール ........................................................... 3

2.1 パッケージの構成 ...................................................... 3

2.2 動作環境 .............................................................. 3

2.3 プラットホームの選択 .................................................. 3

2.4 コンパイルとプログラムの実行 .......................................... 4

3. 入力ファイル ........................................................... 5

3.1 入力ファイル一覧 ...................................................... 5

3.2 標準入力ファイル camus.in ............................................. 6

3.3 ハイブリッド 算制御ファイル .......................................... 9

4. 出力ファイル .......................................................... 11

5. 参考文献 .............................................................. 11

1

1. はじめに

1.1 CAMUS-FSISとは

ハイブリッド 算プログラム CAMUS-FSIS は、リンク原子(分子)法に基づくハイブリッド 算[1-3]により、大 模系シミュレーションを 精度に、かつ効率良く実行することが

可能である。応用上重要なシリコン系材料がハイブリッド 算の対象となる。プログラム

名先頭の CAMUSとは、Classical Abinitio MUltiscalse Simulatorの略である。

　表面・界面形成過程や、入射粒子の表面拡散過程等のシミュレーションを行う場合、信

頼性の い結果を得るためには、系の 模を大きく確保する必要がある。多数原子が関与

する興味深い集団運動の には、 時間にわたる時系列 も必要となる。量子力学に

立脚した 算を行なえば、精度良い結果が保障される。一方で、扱う系の 模が大きくな

るにつれ、 算時間が急激に膨大になる傾向があり、現実的な取組みが不可能になること

が多い。ここで、興味ある系の多くでは、原子・ 子状態変化の激しい領域（表面・界面、

欠陥、反応中心付 など）は比 的小さいことに注目する。その周囲の変化の小さな大領

域は、経験的な古典 算でも十分精度良く記述できると期待される。そこで、大 模系を

仮想的に領域分割し、各領域に見合う 算手法を選択すれば、取組み困難と考えられてき

た系でも、精度良い 算が効率良く実行可能になる。

　CAMUS-FSIS のハイブリッド 算では、オリジナル系を量子力学(QM) 算領域と古典

力学（MM） 算領域に分割することができる。QM 算領域はさらに第一原理（FP）

算領域と強結合（TB） 算領域に分割可能である。 接領域の各種組合わせ(FP/MM、

TB/MM、FP/TB)に対する接続法が装備されている。これをもとに、３領域以上の多領域

ハイブリッド 算も可能である。領域境界には（１００）面と（１１１）面が 定可能で

あり、応用上重要な多くケースに対処できる。

1.2 CAMUS-FSISの機能と特徴

　ハイブリッド 算、および ハイブリッド 算（領域分割なしの 算）の選択が可能で

ある。可能な 算手法を表１に示す。

　　表１　 算手法

算手法 詳細

FP PHASE [4]QMTB 直交基底 GSPモデル [5,6]、 直交基底 DoDモデル [7]

MM Stillinger-Weberモデル [8]、Lennard-Jonesモデル

　QM/MM領域接続法の基本は、LMM (Link Molecular Method) [1]、および SPLAM (Scaled

Position Link Atom Method) [3]である。前者は（１００）面接続に、後者は（１１１）面

接続に用いる。CAMUS-FSIS のハイブリッド 算入力条件ファイルでこれらの手法を指定

2

すると、QM 領域端で仮想的に切断されたボンド(ダングリングボンド)が擬原子(分子)によ

り終端される。ハイブリッドフォースのフォーマリズム[1-3]に従い、境界原子に働くオリ

ジナルの力を回復する手続が自動的に進行する。図１に FP/MM 領域分割の場合の概念図

を示す。

　 図１　FP/MMにおける SPLAM, LAM

　QM 領域を FP/TB に詳細分割する場合、一方の領域を上記方法で終端しても、他方の領

域にダングリングボンドが残る。その領域に対して LAM(Link Atom Method) [2]を指定し各

ダングリングボンドを 消する必要がある。なお、

QM/MM(１００)接続に関しては、フォース線形補

間法も装備した。概念を図２に示す。QM/MM 領域境

界に幅を持つ境界を２種 ける。のりしろ領域の

原子の力は MM 算で求めたものを適用する。一方、

補間領域の原子の力は、QM 算と MM 算で得た結

果に重み関数をつけ、線形補間により求める。領域

境界に幅を持たせることで、既存の 算方法をその

まま適用可能にした手法である。

　分子動力学(MD)法に関する機能を表２に示す。

　　表２　分子動力学(MD)法に関する機能

項目 手法

運動方程式時間積分アルゴリズム Velocity-Verlet法、Verlet法

温度制御 能勢の方法

圧力制御 Andersen法、Parrinello-Rahmann法

傍原子リストの作成 ブロック分割法

境界条件 自由境界、周期境界

構造最適化手法 Quench MD法

MM

QM補間領域

のりしろ領域

図２　フォース線形補間法

3

2. インストール

2.1 パッケージの構成

ダウンロードしたファイル CAMUS-FSIS_v.1.0.tar.gz を、以下のいずれかのコマンドを

実行してファイルを 凍する。

gzip –cd CAMUS-FSIS_v1.0.tar.gz | tar xvf –

又は

tar zxvf CAMUS-FSIS_v1.0.tar.gz

凍によりカレントディレクトリに CAMUS-FSIS_v1.0/ が作成される。この下位ディ

レクトリの内容を表３に示す。

　　表３ パッケージの構成

bin/ コンパイルで得られる 算実行体の格納ディレクトリ。

data/原子種情報ファイルディレクトリ。

FP、TB、MM 算用のポテンシャルファイルの格納ディレクトリ。doc/ 使用説明書等の格納ディレクトリ。sample/ サンプルデータの格納ディレクトリsrc/ プログラムソースの格納ディレクトリ

2.2 動作環境

　コンパイルおよび実行に必要なソフトウェアを表４に示す。

　　　　　　　表４ 動作環境

ソフトウェア 内容

LAPACK, BLAS 線形 算ライブラリMPICH MPIライブラリ(version 1.2.5)

2.3 プラットホームの選択

　インストール作業は、CAMUS-FSIS/ のディレクトリ src/ において行なう。ここで、２

つのファイル、make.in と make.in.(ARCH)の編集を行ない、使用プラットホームに対応す

る選択を行なう。プラットホームと make.in.(ARCH)の関係を表５に示す。

　　　　　　　表５ プラットホームと make.in.(ARCH)の関係

プラットフォーム make.in.(ARCH)

HITACHI SR11000 make.in.sr11000Compac Alpha Station make.in.alphaNEC SX5 make.in.sx5

4

Linux PGI make.in.linux.pgiLinux Intel make.in.linux.intelSGI IRIX make.in.irix

　Compac Alpha Stationを選択する場合の make.inの例を表６に示す。

　　　　　　　表６ make.inの編集例

#include ../make.in.linux.intelinclude make.in.alpha#include ../make.in.linux.pgi#include ../make.in.irix#include ../make.in.sx5#include ../make.in.sr11000

　make.in.(ARCH)の編集では、LAPACK、BLAS、MPICHの 定を行なう。LAPACK、BLAS

の 定例を以下に示す。

　　LAPACK_LIB = -L/usr/local/lapack -llapack

　　BLAS_LIB = -lblas

MPICH の 定例を以下に示す。MPICH がインストールされているディレクトリの指定、

include fileが収容されているディレクトリの指定、ライブラリファイルの指定を行なう。

　　MPI_DIR = /usr/local/mpich

　　MPI_INC = $(MPI_DIR)/include

　　MPI_LIB = $(MPI_DIR)/lib/libmpich.a

2.4 コンパイルとプログラムの実行

　ディレクトリ src/ において、以下の作業を行なう。

　　make

　　make install

この後、プログラムパッケージ展開時に作成されたディレクトリ bin/ の下に実行体

hybrid-md が作成される。例えば、パッケージに含まれるハイブリッド 算のチュートリ

アル例題を１プロセッサー使用で実行する場合、 ディレクトリ sample/tutrial/ に移り以下

のように実行する。

　　mpirun -np 1 ../../bin/hybrid-md < 標準入力ファイル > 標準出力ファイル &

5

ただし、標準入力における rewind が有効でない環境(HITACHI SR11000)においては、上記

の標準入力ファイル名を camus.inに変え、以下のように実行する。

　　mpirun -np 1 ../../bin/hybrid-md > 標準出力ファイル &

3. 入力ファイル

3.1 入力ファイル一覧

　入力ファイルの一覧を表７に示す。

表７ 入力ファイル一覧

入力ファイルの種 備考

標準入力ファイル

ファイル名：任意

ただし、標準入力における rewind が有効でない環境(HITACHI SR11000)では、ファイル名をcamus.inに変える。このことに関しては「2.4 コンパイルとプログラムの実行」を参照。

原子種リストファイル ファイル名：atom_table.inMD継続 算用のデータファイル ファイル名：標準入力ファイルの中で指定ハイブリッド 算制御ファイル ファイル名：標準入力ファイルの中で指定

FP 算各種データファイル名の管理 ファイル名：file_names.data詳細は PHASE[4]ユーザーマニュアルを参照。

FP 算パラメータファイル

ファイル名：標準入力ファイルの中で指定

PHASE[4]における入力ファイル(ファイルポインタ名 F_INP, デフォルト値 nfinp.data)に相当する。CAMUS-FSIS の FP 算パラメータファイル記述形式は PHASE と異なるので注意する。sample/ 以下にファイル名 fp_parameter.datでサンプルをいくつか用意した。

(1) 基本的には PHASEの第二タグ以下の入力　 キーワード同士をアンダースコアーで　 連結したものを FP 算パラメータ用の キーワードとしている。(2) 入力原子座標はここに記述しない。(3) FP 算専用のセルを FP 算パラメータ　 ファイルで指定できる。その際の形式は　 標準入力 camu.inにおけるセル指定と同様　 である (次節 "3.2 標準入力ファイル camus.in" を参照)。

6

TB 算パラメータファイル ファイル名：標準入力ファイルの中で指定MM 算パラメータファイル ファイル名：標準入力ファイルの中で指定

3.2 標準入力ファイル camus.in

　標準入力ファイル camus.inの入力形式を表８に示す。

表８ 標準入力ファイル camus.inの入力形式

入力キーワード 入力キーワードに続く項目と説明

num_area ・系の全エリア数。method ・ 算手法。いずれかを選択。

　hybrid 　→ハイブリッド 算　fpmd 　→FP単体 算 ( ハイブリッド)　tbmd 　→TB単体 算( ハイブリッド)　classic →MM単体 算( ハイブリッド)・エネルギー 算モード。いずれかを選択。

　total　lotal・ハイブリッド 算用パラメータファイル名。

fp_model ・FP 算サブルーチン。　fp →PHASE[4]による FP 算・FP 算用パラメータファイル名。

tb_model ・TB 算モデル。いずれかを選択。　gsp　　　　　　→標準型 GSPモデル [5]　gsp_kwon　　　→KWON型 GSPモデル [6]　dod　　　　　　→DoDモデル [7]・TBパラメータファイル名。

cl_model ・MM 算モデル。いずれかを選択。　stillinger_weber →Stillinger-Weberモデル [8]　lenard_jones →Lenard-Jonesモデル・MMパラメータファイル名。

cl_energy_shift ・MM 算のエネルギー原点 [eV/atom]。time_integral ・時間積分アルゴリズム。いずれかを選択。

　velocity_verlet →velocity Verlet法 verlet 　　　　　→Verlet法

boundary ・境界条件。いずれかを選択。　preiodic　 　　→周期境界　free　　　　 　 →自由境界・XYZ各 方向へ想定するイメージセルの数。 (例)

1 1 1　　　　　　　　→各方向へ±1セルを想定max_cputime ・CUP時間上限 定値 [sec]。step ・MDステップ数。

・MDステップの時間単位 [sec]。　リスタート時は、通しのタイムステップ数となる。

7

quench ・Quench開始ステップ。・Quench終了ステップ。

cutoff ・カットオフ [Å]。　TB 算 GSP型、および MM 算用。

cutoff_tb ・TB 算カットオフ [Å]。　標準型 GSP用。省略時は cutoffで指定の値が入る。

cutoff_cl ・MM 算カットオフ [Å]。　省略時は cutoffで指定の値が入る。

update_neighbor_list ・ 傍原子リスト更新のステップ間隔。・ 傍原子リスト作成におけるカットオフ。

　MM 算、TB 算 GSP型の場合、cutoff値が単位。　TB 算 DoD型の場合、TBパラメータファイル内で　指定のカットオフ値が単位。

update_block ・ 傍原子リスト作成時に参照する立方体セルの更新　ステップ間隔。

・立方体セルの一辺の さ。単位は update_neighbor_list　と同じ。

update_area ・エリアの更新ステップ間隔の指定。create_neighbor_tb ・TB 算 GSP型用の 傍原子リスト生成方法。

　いずれかを選択。

　nearest_atom　　　→ダイアモンド構造の最 接　　　　　　　　　　 　　原子からリスト生成。

　cutoff　　　　 　→カットオフ値でリスト生成。create_neighbor_cl ・MM 算用の 傍原子リスト生成方法。

　いずれかを選択。

　nearest_atom　　　→ダイアモンド構造の最 接　　　　　　　　　　 　　原子からリスト生成。　cutoff　　　　 　→カットオフ値でリスト生成。

k-point ・逆格子ベクトル分割数。・逆格子ベクトルオフセット。

temp_fermi ・フェルミ温度 [K]。temp_table ・熱浴 ID。

・開始温度。

・終了温度。

temperature_cotrol ・熱浴 IDの指定。・温度制御パラメーターの指定。

initial_velocity ・原子の初速度 定。いずれかを選択。　temperature →初期温度に対応した初速度。　zero →初速度ゼロ。　なお、特定の原子に対する初速度の 定は、

　atom_velocityにより行う。

pressure ・外 圧力。stress ・外 応力テンソル。

8

pressure_cotrol ・圧力制御モデルの指定。いずれかを選択。　parrinello andersen・圧力制御パラメーター。

restart ・ 算継続時の入力ファイル名の指定。output ・出力ファイルの指定。

　以下の出力キーワードを入力のときは、続けて

　ファイル名、出力開始ステップ、終了ステップ、

　ステップ間隔を入力。

　list →標準出力への書出しステップ制御　step　atom data　　 →個々の原子の座標、速度、力など　heatbath_temp　→熱浴温度　eigen　　　　　 →固有値 (TB 算)　eigen_vector　 →固有ベクトル (TB 算)

以下の出力キーワードを入力のときは、続けて　ファイル名を入力。

　restart　　　　 →継続 算に必要なデータ

num_atom ・原子種の数・原子数の指定。

atom_data ・元素名を指定。原子データファイルにリストされて　いる必要がある。

scale ・unit_blockの さの単位指定 [Å]。unit_block ・入力キーワードの次の行に、格子ベクトル a,b,cの x,y,z

　成分の値を以下のように記述。　ax bx cx　ay by cy　az bz cz

block_repeat ・入力キーワードの次の行に、a,b,c各方向への単位胞の　繰り し回数を空白で仕切り入力。

atom 入力キーワード行の直後の行から、下記項目を入力。・原子 ID。・元素名。

・原子初期座標 (unit_block単位)。・エリア ID。・領域 ID。　フォース線形補間法使用時に次の領域認 可能。

　　1 →QM領域　　2 →補完領域　　3 →のりしろ領域　　0 →MM領域・熱浴 ID。

velocity_control ・速度制御を行う原子数。

9

atom_velocity 入力キーワード行の直後の行から、下記項目を入力。・原子の初速度の方向ベクトルの成分。

・初速度を持つ原子のエネルギー [eV] 。・速度制御方法。次のいずれかを選択。

　　step 制御開始ステップ 制御終了ステップ　　fix　　→原子位置固定

3.3 ハイブリッド 算制御ファイル

　ハイブリッド 算制御ファイルの入力形式を表９に示す。

表９ ハイブリッド 算制御ファイルの入力形式

入力キーワード 入力キーワードに続く項目と説明

num_area ・系の全エリア数。area ・領域分割のエリア ID。area_id ・ 算手法区別に用いられるエリア ID。area_idが同じ

　領域は、同じ 算手法が適用される。

method ・ 算手法の選択。いずれかを選択。　fp →FP 算 tb →TB 算 classic →MM 算

fp_model ・FP 算モデルの選択 (methodで fpを選択時)tb_model ・TB 算モデルの選択 (methodで tbを選択時)cl_modle ・MM 算モデルの選択 (methodで classicを選択時)area_type ・エリア 定方法。いずれかを選択。

static　　 →SPLAM, LMM, LAM使用時は必ず選択。　distance →エリア中心からの 離で 定。　number →エリアが含む原子数で 定。

num_boundary ・領域の持つハイブリッド 算用の境界数。combine_model ・ 接エリア ID。

・結合手法。いずれかを選択。

　lmm　　　←LMM選択 (擬分子 Si*-Se*)　　続く行に以下を入力。

　　lmm_bond_ql 接エリア ID Si*-Se*ボンド (Å)

　splam　　←SPLAM選択 (擬原子 H*)　　続く行に以下を入力。

　　splam_k_qm 接エリア ID Si-Siボンド (Å)　　splam_k_ql 接エリア ID Si-H*ボンド (Å)　　splam_bond_qm 接エリア ID Si-Siバネ定数(a.u.)　　splam_bond_ql 接エリア ID Si-H*バネ定数(a.u.)

　lam　 　←(111)面接続の LAM選択 (擬原子 H*)　　続く行に以下を入力

　　lam_bond_ql 接エリア ID Si-H*ボンド (Å)

10

combine_model(続き)

　lam2　 ←(100)面接続の LAM選択 (擬原子 H*)　　続く行に以下を入力

　　lam_bond_ql 接エリア ID Si-H*ボンド (Å)　　lam_bond_angle 接エリア ID H*-Si-H*結合 (˚)

　interpolation　 ←フォース線形補間法選択　　以下のキーワードに続く入力項目が有効。

　　center_fix_flag　　　エリア中心固定時の指定フラグ(on又は off)、　　　指定方法(原子指定時は atom, 座標指定時は point), 指定する atom。　　center_fix_point　　　エリア中心固定時の座標

　　region_form　　　エリア境界面の形状(sphere又は surface)。　　region_mode　　　領域分割法の指定フラグ(エリア内原子数で指定時は　　　number, QM領域中心からの 離で指定時は　　　distance)。　　num_atom　　　region_modeで number指定時の原子数。　　region_demension　　　region_modeで distance指定時の空間次元の指定。

　　　'on,on,on'で３次元、'on,on,off'で２次元 (XY平面)を指定するなど。　　region_width2　　　補間領域の幅。

　　region_width3　　　のりしろ領域の幅。

　　distance_border01　　　QM／MM領域境界とエリア中心の 離。　　distance_border12　　　QM/補間領域境界とエリア中心の 離。　　distance_border23　　　補間/のりしろ領域境界とエリア中心の 離。　　distance_area　　　のりしろ/MM領域境界とエリア中心の 離。　　terminate_flag　　　 接エリア ID, 終端原子の有無(on 又は off)。　　terminate_fix　　　 接エリア ID, 終端原子が置かれる原子間の結合　　　のしきい値、終端原子とエリア境界原子の 離。

11

4. 出力ファイル

　出力ファイルの指定は、標準入力ファイル camus.in で行なう。表８の標準入力ファイ

ル camus.in の入力形式を参照のこと。実行する 算が FP 算を含む場合は、camus.in

で指定した出力内容に加え、file_names.dataで指定した FP 算各種データが出力される。

これらについては、PHASE[4]のユーザーマニュアルを参照のこと。

5. 参考文献

[1] T. Uda, M. Okamoto, Proceedings of 5th Asian Workshop on first-principles electronic

calculations. p57 (2002).

[2] 中村美道、 橋憲彦、 木祥光、宇田毅、西川宣孝、新田仁、 山佳尚、大野隆央、

　 日本物理学会講演概要集 第 59巻 第 1号 第 4分冊 p.894.

[3] M. Eichinger, P. Tavan, J. Hutter, M. Parrinello, J. Chem. Phys. 110 (1999) 10452.

[4] 文 科学省 ITプログラム「戦略的基盤ソフトウェアの開発」ナノシミュレーションで

　 公開されている第一原理 算プログラムパッケージ。

[5] L. Goodwin, A. J. Skinner, D. G. Pettifor, Europhys. Lett. 9 (1989) 701.

[6] I. Kwon, R. Biswas, C. Z. Wang, K. M. Ho, C. M. Soukoulis, Phys. Rev. B49 (1994) 7242.

[7] R. E. Cohen, M. J. Mehl, and D. A. Papaconstantopoulos, Phys. Rev. B50 (1994) 14694.

[8] F. H. Stillinger, T. A. Weber, Phys. Rev. B31 (1985) 5262.