Cvièení { zonální tavba NaCl1/21pch04

Evropský sociální fond

þPraha & EU: Investujeme do va¹í budoucnostiÿ

Inovace pøedmìtu Poèítaèová chemie je podporována projektem

CHEMnote (Inovace bakaláøského studijního programu Chemie {

moderní vzdìlávání podpoøené pou¾itím notebookù {

CZ.2.17/3.1.00/33248) v rámci Operaèního programu PRAHA {

ADAPTABILITA.

Bod tání modelu NaCl2/21pch04

Úkol:

Stanovte bod tání modelu NaCl metodou zonální tavby (slab geometry)

Model:

Lennard Jones + náboje1

Postup:

pøipravte nanokrystalek 2× 2× 2 (Na4Cl4)

replikujte tento motiv 3× 3× 3 krát a simulujte krystal v periodických

okrajových podmínkách

stanovte hustotu a radiální distribuèní funkci krystalu

roztavte a stanovte hustotu a radiální distribuèní funkci taveniny

replikujte krystal 1× 1× 3 krát a roztavte polovinu boxu

simulujte za dané teploty a sledujte, zda krystal narùstá èi se taví

1In Suk Joung and Thomas E. Cheatham, III: J. Phys. Chem. B 112, 9020{9041 (2008)

Poèítaèe k pou¾ití3/21pch04

PC klastry (dávkové spou¹tìní del¹ích výpoètù):

403-as67-03 (Selen)

403-a324-01 (Argon)

403-as67-01 (Neon)

Poèítaèe (pøímý výpoèet v¹eho):

403-a325-05 (2 procesory po 2 vláknech)

a325-1 (2 procesory)

Budete pøipojeni jako u¾ivatel guest.

Máte-li vlastní úèet na klastru, mù¾ete ho pou¾ít.

Pøipojení na vzdálený poèítaè { mobaxterm4/21pch04

Mobaxterm v sobì zahrnuje terminál i X-server. Najdìte:

S:\Kolafa\MobaXterm Personal 10.4.exe

resp.

//pyr.vscht.cz/scratch/Kolafa/MobaXterm Personal 10.4.exe

Spus»te, potvrïte v¹e a ignorujte rùzné paranoidní hlá¹ky

Kliknìte na + Start local terminal

V oknì terminálu spus»te vybranou relaci, napø.:

[2017-11-01] ssh -X guest@403-as67-03

Heslo je tajné { øeknu na místì

Bìhem psaní hesla se nic nezobrazuje!

Máte-li vlastní úèet na klastru, mù¾ete ho pou¾ít

Vzdálený pøístup (VPN) byl zakázán a je mo¾ný pouze na výjimku

Pokud by mobaxterm nefungoval, viz þAlternativa: PuTTY + XMingÿ

Pøipojení na vzdálený poèítaè { mobaxterm5/21pch04

Alternativa: PuTTY + XMing +6/21pch04

Terminál s pøíkazovým øádkem (PuTTY)

Windows Start → hledat → putty a program spus»te.

Host name → poèítaè

Connection → SSH [→ Tunneling] → X11

→ x Enable X11 forwarding

zpìt Session → Open

Login as: guest máte-li, pou¾ijte vlastní úèet

Password: (sdìlím)

X server pro zobrazení gra�ky (Xming)

Windows Start → hledat → xming a spus»te

V¹echny dotazy potvrdit. Ve stavovém øádku se musí objevit ikona

Test pøipojení7/21pch04

Základním zpùsobem práce pod Unixem/Linuxem je pøíkazový øádek, co¾

je vstup interpretu pøíkazù (shellu): napí¹ete pøíkaz a stisknete Enter .

Zaèátek øádku (napø. guest@a325-1:~$ ) se nazývá prompt.

Celé okno s promptem a výstupem se nazývá terminál.

Pokud chcete pøedchozí pøíkaz opravit a spustit znova, pou¾ijte kurzo-

rovou ¹ipku nahoru a opravte.

Jako test, ¾e pøipojení je v poøádku, zkuste:nebo

xeyesguest@a325-1:~$ xclock

Zobrazí se hodiny. Hodiny zru¹te buï my¹í × , nebo stiskem Ctrl-c v oknì

terminálu.

Nevidíte hodiny???

Nejsou ikonizované? Hledejte dole na li¹tì.

Restartujte mobaxterm

Restartujte Windows. . .

Zkuste PuTTY + XMing, viz pchem00.pdf

(Start: pro ty, kdo mají vlastní úèet na klastru)8/21pch04

Zalo¾te si slo¾ku a rozbalte data:

mkdir vase slozka

cd vase slozka

unzip /home/guest/A.zip

Pak musíte nastavit prostøedí:

Pokud pou¾íváte bash: source env.sh

Pokud pou¾íváte tcsh: source env.csh

Pokud nevíte, jaký shell máte: ps x

Midnight Commander9/21pch04

Je nadstavba shellu podobná aplikaci Total Commander (Windows Com-mander) vhodná pro u¾ivatele zvyklé na Windows.

nastartujte Midnight Commander pøíkazemguest@a325-1:~$ mc

Z dùvodu ostatních u¾ivatelù mù¾e být obrazovka v nestandardní po-zici. Pomocí Tab pøejdìte na panel, který má nahoøe vlnovku (~)2.

zobrazit výpisy na obrazovku/commander (pøepínaè) Ctrl-o

spravit rozbitou obrazovku (po výstupu) Ctrl-l

prohlí¾ení souboru (mù¾e být pøede�nováno) F3

editace textového souboru F4

nový textový soubor + editace Shift-F4

menu F9

start asociované aplikace, zmìna slo¾ky Enter, doubleclick

ukonèit Midnight Commander F10

Simulaèní soubory jsou asociovány s aplikacemi (viz pøílohy na konci)2Vlnovka znaèí domovskou slo¾ku u¾ivatele, zde ~ = /home/guest.

Start: guest10/21pch04

Skript je sada pøíkazù v interpretovaném programovacím jazyce.

Simulaèní cvièení je pøipraveno ve formì skriptù v jazyce bash (stejný, jaký

interpretuje pøíkazy va¹eho shellu). Konvenèní koncovka bash-skriptu je

.sh, èasto je oznaèen *, co¾ znaèí spustitelnost. Skripty budete postupnì

spou¹tìt { nejlépe z prostøedí Midnight Commanderu.

Nastavení prostøedí u¾ivatele: Spus»te skript A.sh.

Proto¾e jste v¹ichni jeden u¾ivatel guest, musíte pracovat ka¾dý vlastní

slo¾ce. Skript se vás proto zeptá na jméno slo¾ky, kterou zalo¾í a do

které zkopíruje potøebné soubory. V této slo¾ce budete dále pracovat.

Po skonèení skriptu A.sh najdìte svou slo¾ku a pøejdìte do ní. Objeví

se sada skriptù A01-Na4Cl4.sh, A02-repl.sh, ...

A01-Na4Cl4.sh (nanokrystalek)11/21pch04

Hustota modelu NaCl je 2.1 g cm−3, M(NaCl) = 58.4 gmol−1. Vy-poètìte velikost hrany L krychlièky obsahující Na4Cl4, pøeveïte na �A.

Spus»te skript A01-Na4Cl4.sh a vlo¾te vypoètené èíslo do programu.Prohlédnìte si vytvoøený krystalek.

Návod pro show:

Kontextový návod: stiskni tlaèítko pravým tlaèítkem my¹i

My¹:

kliknutí oznaèuje molekuly v re¾imech 6 a 7 (nebudete potøebovat)

ta¾ení rotuje a pohybuje kon�gurací:{ levé tlaèítko: rotace okolo x, y{ prostøední tlaèítko: pøesun{ pravé tlaèítko: rotace okolo z

koleèko = zoom

Start trajektorie (a¾ budete nìjakou mít): | |>

Pokudsebudetenudit:

NFFneboZBUF+oneframe+render

A02-repl.sh (pøíprava krystalku Na108Cl108)12/21pch04

V dal¹ím kroku pomno¾íme krystalek 3× v ka¾dém smìru a necháme

chvilku simulovat za teploty 300 K a tlaku 1 atm.

Zaøídí to skript A02-repl.sh.

K tomu je potøeba jednak de�nice silového pole (pøipraví se sama), jednak

de�nièní soubor simulace. Pro zvý¹ení umìleckého dojmu si ho mù¾ete

prohlédnout na následující stránce.

cryst300.def { de�nièní soubor první simulace13/21pch04

n=108 ! pomocna promennaN[0]=n N[1]=n ! pocet Na+ a Cl-

rho=2050 ! referencni hustota [kg/m3]

cutoff=8.607 ! elst cutoff (pro Ewaldovu sumaci) [A]LJcutoff=cutoff ! Lennard-Jones cutoff [A]rdf.grid=20 ! mereni struktury (rad. distr. f.) [1/A]el.epsk=2 el.epsr=0.4 ! presnost vypoctu elst. sil [K/A]el.diff=0.3 ! omezi urcita varovani o presnostinoint=30 h=0.1/noint ! pocet kroku/cyklus a delka kroku [ps]no=100 ! pocet cykludt.plb=1 ! jak casto se bude zapisovat "play-back" [ps]

thermostat="Andersen" ! nahodne stouchance (Maxwell-Boltzmann)T=300 ! teplota [K] (bude zmeneno)tau.T=1 ! casova konstanta termostatu [ps]

P=101325 ! tlak [Pa]bulkmodulus=2e13/(T+300) ! odhad modulu pruznosti (pro barostat)tau.P=2 ! konstanta barostatu [ps]

init="start" ! start z predch. konfig.; nove me-reni a zaznam

! TOHLE BUDE SMAZANO PO PRVNIM KROKU:load.n[0]=3 ! pomnozit 3x ve smeru xload.n[1]=3 ! pomnozit 3x ve smeru yload.n[2]=3 ! pomnozit 3x ve smeru z; ! konec dat

A03-cr-ini.sh (poèáteèní relaxace)14/21pch04

Skript se vás zeptá na teplotu, kterou dostanete od vyuèujícího. Vhodný

interval teplot je 1200{1400 K. Stejná teplota pak bude pou¾ita i v kroku

A09.

Na grafech velièin v závislosti na èase vidíme, zda máme systém zrelaxo-

vaný do rovnováhy.

Zobrazeny jsou závislosti teploty, potenciální energie a hustoty na èase.

V¹echny grafy zru¹íte nejrychleji pomocí kill all

Pokud grafy stále vykazují Na dotaz

Opakovat michani s init="append" (A/n)?

odpovídáme buï a Enter nebo A Enter

nebo n Enter nebo N Enter .

Jak je zvykem ve svìtì unixu, velké A zna-

mená default, tedy jen Enter znamená také

ano.

trend, nutno tento krok

opakovat.

Nejpomaleji konverguje hustota; pokud se mìní jen o ± 10 kgm−3, je to

OK.

A04-cr-sim.sh simulace v rovnováze15/21pch04

Spustíme simulaci s vytvoøeným krystalem je¹tì jednou a budeme mìøit.

Proto¾e simulace bude del¹í, bude spu¹tìna nikoliv na serveru, ale dávkovì

na nìkterém z klientù klastru (neplatí pro a325-1).

A05-cr-view.sh prohlí¾ení výsledkù

1=show (video trajektorie)

2=konvergenèní pro�ly (velièiny v závislosti na èase)

3=radiální distribuèní funkce

(kliknutím do grafu pravou my¹í si zobrazíte význam barev)

4=kumulativní distribuèní funkce (running coordination number)

= poèet sousedù daného iontu do dané vzdálenosti

(kliknutím do grafu pravou my¹í si zobrazíte význam barev)

A06-melt-ini.sh tavení krystalu16/21pch04

Teplota je nastavena na 1900 K.

Opìt sledujte, zda je systém v rovnováze.

A07-melt-sim.sh simulace taveniny

Simulace zrelaxované taveniny bude provedena dávkovì na klastru.

A08-melt-view.sh prohlí¾ení výsledkù

Podobné jako v pøípadì krystalu.

(Body A06{A08 mù¾ete pøeskoèit a pokraèovat bodem A09.)

A09-zone-ini.sh Pøíprava zonální tavby17/21pch04

Krystal pøipravený v bodech A03 a¾ A05 bude zreplikován tøikrát ve

smìru osy z. Výsledný krystal bude je¹tì trochu prota¾en ve smìru z.

Bude zapnut speciální typ termostatu, který bude prostøedek krystalu

zahøívat a þkonceÿ (jsou periodicky spojeny) chladit. Tím dostaneme

vrstvu ve smìry osy z krystalu a vrstvu taveniny (tzv. þslab geometryÿ).

Velikost boxu ve smìrech x a y je konstatní a dána prùmìrnou hodnotou

ze simulace krychlového krystalu.

Tento krok je opìt spu¹tìn dávkovì.

Trik: strukturu lépe uvidíte, pokud pou¾ijete rovnobì¾né promítání (tla-

èítko proj ) a men¹í koule (view: - )

A10-zone-sim.sh Zonální tavba18/21pch04

Kon�gurace z pøedchozího kroku bude simulována za konstantní teploty

a konstantního tlaku ve smìru osy z. Ve smìrech x,y se velikost simulaèní

buòky nemìní.

Simulace bude spu¹tìna na nìkterém z klientù klastru.

A11-zone-show.sh prohlí¾ení trajektorie

Trajektorii zapisovanou bì¾ící simulací je mo¾né prohlí¾et.

Sledujte, zda krystal taje nebo narùstá.

Po zavøení programu show budete dotázáni, zda pøeru¹it simulaci.

A12-prubeh.sh Prùbìh tavby19/21pch04

Zobrazí se graf závislosti hustoty na èase pro právì probìhlou simulaci.

Tvùj výsledek je bíle a tuènì.

Výsledky ostatních na stejném poèítaèi jsou barevnì a tence.

Po provedení v¹ech cvièení: úklid

Sma¾te svou slo¾ku pomocí F8

Peèlivì zkontrolujte, zda nema¾ete slo¾ku nìkoho jiného!

Vyskoète z Midnight Commanderu ( F10 ) a shellu (exit Enter )

Dodatek: Linux command prompt survival kit20/21pch04

odhlá¹ení exit

pøehled nedávno zadaných pøíkazù history

zmìna slo¾ky (adresáøe) cd SLO®KA

| zpìt cd . .

výpis souborù ve slo¾ce ls

| nìkterých podrobnì ls -l a*.g

výpis obsahu (krátkého ASCII) souboru cat SOUBOR

smazání souboru rm SOUBOR

kopírování souboru (KAM=soubor n. slo¾ka) cp SOUBOR KAM

pøesun èi pøejmenování souboru mv SOUBOR KAM

editace (nového nebo starého) souboru mcedit SOUBOR

pøeru¹ení bì¾ícího programu Ctrl-c

Nevidíte-li prompt, proto¾e ho pøekryl text, stisknìte Enter .

Ctrl-c v terminálu není þCopyÿ, ale pøeru¹uje bì¾ící program!

Text v terminálu se po oznaèení kopíruje pravým tlaèítkem my¹i.

Dodatek: typy souborù21/21pch04

Nìkteré typy MACSIMUS souborù a asociované aplikace.

Asociovaná aplikace se spustí z mc dvojklikem nebo Enter.

Dal¹í asociovaná aplikace (jiná funkce) pak F3

Z pøíkazového øádku pøíkazem start, dal¹í pak starts

typ obsah aplikace akce

.che chem. vzorec blend editace, minimalizace od zaè.

F3 = viz vý¹e + normální vibraèní módy

.mol mol. topologie blend editace, minimalizace

.plb trajektorie show prohlí¾eè trajektorie

.cp konvergenèní pro�l showcp,plot zobrazí konvergenèní pro�ly

.cfg kon�gurace showcfg,plot zobrazí kon�guraci

.sta namìøená data staprt statistická analýza výsledkù (F3=podrobnì)

.rdf párový histogram rdfg,plot zobrazí radiální distribuèní funkce

F3 = kumulativní f. (koordinaèní èíslo)

.g RDF plot zobrazí radiální distribuèní funkci

.cn kumulativní RDF plot zobrazí kumulativní distribuèní funkci

.def parametry simulace go provede pøíkaz v 1. øádku

.get øízení simulace go provede pøíkaz v 1. øádku

.n� data scény ray renderuje a zobrazí scénu