Difference between revisions of "エクササイス"

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Line 1: Line 1:
−
== Getting started ==
+
== はじめに ==
 
SALMONエクササイスへようこそ！
 
SALMONエクササイスへようこそ！
  
−
In these exercises, we explain the use of SALMON from the very beginning, taking a few samples that cover applications of SALMON in several directions.
+
このエクササイスでは、SALMONの多岐にわたる応用をカバーする
−
We assume that you are in the computational environment of UNIX/Linux OS.
+
いくつかのサンプルを用いて、基本からSALMONの使い方を説明します。
−
First you need to download and install SALMON in your computational environment.
+
以下では、UNIX/Linux OSの計算環境にあることを前提にします。
−
If you have not yet done it, do it following the instruction, [[download]] and [[Install and Run]]. 
+
最初に、あなたの計算環境にSALMONをダウンロードしインストールすることが必要です。
 +
まだ行っていない場合は、[[ダウンロード]]と[[インストールと実行]]に従い作業してください。
  
−
As described in [[Install and Run]], you are required to prepare at least an input file and pseudopotential files to run SALMON.
+
[[インストールと実行]]で述べたように、SALMONを実行するためには少なくとも
−
In the following, we present input files for several sample calculations and provide a brief explanation of the namelist variables that appear in the input files.
+
インプットファイルと擬ポテンシャルファイルが必要です。
−
You may modify the input files to execute for your own calculations.
+
以下では、いくつかのサンプル計算に対するインプットファイルを示し、そのインプットファイルに
−
Pseudopotential files of elements that appear in the samples are also attached.
+
現れるネームリスト変数の簡単な説明を行います。
−
We also present explanations of main output files.
+
そのインプットファイルを修正して、あなた自身が行いたい計算を実行することができるでしょう。
 +
サンプルに含まれている元素の擬ポテンシャルも提供されています。
 +
主要な出力ファイルの説明も行います。
  
−
We present 6 exercises.
+
以下では６つのエクササイスを紹介します。
  
−
First 3 exercises (Exercise-1 ~ 3) are for an isolated molecule, acetylene C2H2.
+
最初の３つのエクササイス（エクササイス-1~3）は、孤立したアセチレン分子C2H2に対するものです。
−
If you are interested in learning electron dynamics calculations in isolated systems, please look into these exercises.
+
もし孤立した系の電子ダイナミクス計算に興味がある場合は、これらのエクササイスをご覧ください。
−
In SALMON, we usually calculate the ground state solution first.
+
SALMONでは、通常最初に基底状態計算を行います。
−
This is illustrated in [[#Exercise-1: Ground state of C2H2 molecule|Exercise-1]].
+
これは、[[#エクササイス-1: C2H2分子の基底状態|エクササイス-1]]で説明します。
−
After finishing the ground state calculation, two exercises of electron dynamics calculations are prepared.
+
基底状態計算が終わったのち、２つの電子ダイナミクス計算が用意されています。
−
[[#Exercise-2: Polarizability and photoabsorption of C2H2 molecule|Exercise-2]]  
+
[[#エクササイス-2: C2H2分子の分極率と光吸収|エクササイス-2]]では、分子の分極率と光吸収を得る
−
illustrates the calculation of linear optical responses in real time, obtaining polarizability and photoabsorption of the molecule.
+
実時間での線形光応答計算を示します。
−
[[#Exercise-3: Electron dynamics in C2H2 molecule under a pulsed electric field|Exercise-3]]
+
[[#エクササイス-3: パルス電場を印加したC2H2分子における電子ダイナミクス|エクササイス-3]]では、
−
illustrates the calculation of electron dynamics in the molecule under a pulsed electric field.
+
パルス電場が印加された分子における電子ダイナミクス計算を示します。
  
−
Next 2 exercises (Exercise-4 ~ 5) are for a crystalline solid, silicon.
+
次の２つのエクササイス(エクササイス-4~5)は、結晶固体シリコンに対するものです。
−
If you are interested in learning electron dynamics calculations in extended periodic systems, please look into these exercises.
+
もし無限周期系における電子ダイナミクス計算を学ぶことに興味があれば、これらのエクササイスをご覧ください。
−
Since ground state calculations of small unit-cell systems are not computationally expensive
+
周期系の計算では、小さな単位セルを持つ系の基底状態計算は容易であり、時間発展計算の方がはるかに計算時間がかかるため、
−
and a time evolution calculation is usually much more time-consuming than the ground state calculation,
+
基底状態と時間発展の計算を一つのジョブとして実行することを推奨します。
−
we recommend to run the ground and the time evolution calculations as a single job.
+
以下の２つのエクササイスも、そのようになっています。
−
The following two exercises are organized in that way.
+
[[#エクササイス-4: シリコン結晶の誘電関数|エクササイス-4]]では、結晶シリコンの誘電関数を得るための
−
[[#Exercise-4: Dielectric function of crystalline silicon|Exercise-4]]
+
線形応答性質の計算を示します。
−
illustrates the calculation of linear response properties of crystalline silicon to obtain the dielectric function.
+
[[#エクササイス-5: パルス電場を印加したシリコン結晶における電子ダイナミクス|エクササイス-5]]
−
[[#Exercise-5: Electron dynamics in crystalline silicon under a pulsed electric field|Exercise-5]]
+
では、パルス電場を印加した結晶シリコンにおける電子ダイナミクス計算を示します。
−
illustrates the calculation of electron dynamics in the crystalline silicon induced by a pulsed electric field.
 
  
−
The final exercise (Exercise-6) is for an irradiation and a propagation of a pulsed light in a bulk silicon,
+
最後のエクササイス(エクササイス-6)は、バルクシリコンへのパルス光の入射と伝播に対して、
−
coupling Maxwell equations for the electromagnetic fields of the pulsed light and the electron dynamics in the unit cells.
+
パルス光の電磁場に対するマクスウェル方程式と単位セルの電子ダイナミクス計算を結合したものです。
−
This calculation is quite time-consuming and is recommended to execute using massively parallel supercomputers.
+
これは大きな計算時間を必要とするため、大規模並列スパコンの利用が推奨されます。
−
[[#Exercise-6: Pulsed-light propagation through a silicon thin film|Exercise-6]]
+
[[#エクササイス-6: パルス光のシリコン薄膜の伝播|エクササイス-6]]で、
−
illustrates the calculation of a pulsed, linearly polarized light irradiating normally on a surface of a bulk silicon.
+
バルクシリコンの表面に垂直に入射する直線偏光パルス光の入射計算を示します。
  
−
== C2H2 (isolated molecules) ==
+
== C2H2 (孤立分子) ==
  
−
=== Exercise-1: Ground state of C2H2 molecule ===
+
=== エクササイス-1: C2H2分子の基底状態 ===
−
In this exercise, we learn the calculation of the ground state solution of acetylene (C2H2) molecule, solving the static Kohn-Sham equation.
+
このエクササイスでは、静的コーン・シャム方程式を解くことによりアセチレン分子(C2H2)の基底状態を求める計算を学びます。
−
This exercise will be useful to learn how to set up calculations in SALMON for any isolated systems such as molecules and nanoparticles.
+
このエクササイスは、分子やナノ粒子のような孤立した系に対して、SALMONを用いた計算をどのようにすれば良いかを知るのに有用です。
−
It should be noted that at present it is not possible to carry out the geometry optimization in SALMON.
+
今のところ、SALMONで構造最適化を実行することはできないことに注意してください。
−
Therefore, atomic positions of the molecule are specified in the input file and are fixed during the calculations.
+
分子の原子位置はインプットファイルて指定され、計算の過程では固定されます。
  
−
==== Input files ====
+
==== 入力ファイル ====
−
: To run the code, following files are used:
+
コードを実行するために、以下のファイルが必要です。
  
 
{| class="wikitable"
 
{| class="wikitable"
 
| file name      || description
 
| file name      || description
 
|-
 
|-
−
| ''C2H2_gs.inp'' || input file that contains namelist variables and their values          
+
| ''C2H2_gs.inp'' || ネームリスト変数とそれらの値を含むインプットファイル          
 
|-
 
|-
−
| ''C_rps.dat'' || pseodupotential file for carbon atom
+
| ''C_rps.dat'' || 炭素原子の擬ポテンシャル
 
|-
 
|-
−
| ''H_rps.dat'' || pseudopotential file for hydrogen atom
+
| ''H_rps.dat'' || 水素原子の擬ポテンシャル
 
|}
 
|}
  
−
* You may download the above 3 files (zipped file) from:
+
上記の３つのファイル（圧縮ファイル）は、以下からダウンロードできます:
  
−
  [[media:C2H2_gs_input.zip| Download zipped input and pseudopotential files]]
+
  [[media:C2H2_gs_input.zip|圧縮されたインプットファイルと擬ポテンシャルファイルをダウンロード]]
  
−
* In the input file ''C2H2_gs.inp'', namelists variables are specified. Most of them are mandatory to execute the ground state calculation. We present their explanations below:
+
インプットファイル''C2H2_gs.inp''では、ネームリスト変数が指定されています。それらの多くは、基底状態計算を実行するために必須です。それらの説明を以下に示します:
  
−
  [[Explanations of input files (ground state of C2H2 molecule)]]
+
  [[インプットファイルの説明（C2H2分子の基底状態）]]
  
−
: This will help you to prepare an input file for other systems that you want to calculate. A complete list of the namelist variables that can be used in the input file can be found in the downloaded file ''SALMON/manual/input_variables.md''.
+
あなたが計算をしたい他の系のためのインプットファイルを準備するのに、この情報は有用です。
 +
インプットファイルで用いることのできるネームリスト変数の完全なリストは、ダウンロードファイルの''SALMON/manual/input_variables.md''にあります。
  
−
==== Output files ====
+
==== 出力ファイル ====
−
: After the calculation, following output files are created in the directory that you run the code,
+
計算の終了後、あなたが計算を実行したディレクトリに以下の出力ファイルが生成されています。
  
 
{| class="wikitable"
 
{| class="wikitable"
 
| file name      || description
 
| file name      || description
 
|-
 
|-
−
| ''C2H2_info.data'' || information on ground state solution             
+
| ''C2H2_info.data'' || 基底状態の解の情報           
 
|-
 
|-
−
| ''dns.cube'' || a cube file for electron density
+
| ''dns.cube'' || 電子密度のキューブファイル
 
|-
 
|-
−
| ''elf.cube'' || electron localization function (ELF)
+
| ''elf.cube'' || 電子局在関数(ELF)
 
|-
 
|-
−
| ''psi1.cube'', ''psi2.cube'', ... || electron orbitals
+
| ''psi1.cube'', ''psi2.cube'', ... || 電子軌道
 
|-
 
|-
−
| ''dos.data'' || density of states
+
| ''dos.data'' || 状態密度
 
|-
 
|-
−
| ''pdos1.data'', ''pdos2.data'', ... || projected density of states
+
| ''pdos1.data'', ''pdos2.data'', ... || 射影された状態密度
 
|-
 
|-
−
| ''C2H2_gs.bin'' || binary output file to be used in the real-time calculation
+
| ''C2H2_gs.bin'' || 実時間計算で用いるバイナリ出力ファイル
 
|}
 
|}
  
−
* You may download the above files (zipped file, except for the binary file ''C2H2_gs.bin'') from:
+
上記のファイル（バイナリファイル''C2H2_gs.bin''を除いた圧縮ファイル）は、以下からダウンロードすることができます:
  
−
  [[media:C2H2_gs_output.zip|Download zipped output files]]
+
  [[media:C2H2_gs_output.zip|圧縮された出力ファイルのダウンロード]]
  
−
* Main results of the calculation such as orbital energies are included in ''C2H2_info.data''. Explanations of the ''C2H2_info.data'' and other output files are described in:
+
軌道エネルギーのような主要な計算結果は''C2H2_info.data''に含まれています。''C2H2_info.data''と他の出力ファイルの内容を以下で説明します:
  
−
  [[Explanations of output files (ground state of C2H2 molecule)]]
+
  [[出力ファイルの説明（C2H2分子の基底状態）]]
  
−
==== Images ====
+
==== 画像イメージ ====
−
: We show several image that are created from the output files.
+
出力ファイルから作成されたいくつかの画像イメージを示します。
  
 
{| class="wikitable"
 
{| class="wikitable"
 
| image  || files used to create the image
 
| image  || files used to create the image
 
|-
 
|-
−
| [[:File:HOMO.png#file|highest occupied molecular orbital (HOMO)]] || ''psi1.cube'', ''psi2.cube'', ...             
+
| [[:File:HOMO.png#file|最高占有軌道(HOMO)]] || ''psi1.cube'', ''psi2.cube'', ...             
 
|-
 
|-
−
| [[:File:Dns.png#file|electron density]] || ''dns.cube''
+
| [[:File:Dns.png#file|電子密度]] || ''dns.cube''
 
|-
 
|-
−
| [[:File:Elf.png#file|electron localization function]] ||  ''elf.cube''
+
| [[:File:Elf.png#file|電子局在関数]] ||  ''elf.cube''
 
|}
 
|}
  
−
=== Exercise-2: Polarizability and photoabsorption of C2H2 molecule ===
+
=== エクササイス-2: C2H2分子の分極率と光吸収 ===
−
In this exercise, we learn the linear response calculation in the acetylene (C2H2) molecule, solving the time-dependent Kohn-Sham equation.
+
このエクササイスでは、時間依存コーン・シャム方程式を解いてアセチレン(C2H2)分子の線形応答を調べる計算を学びます。
−
The linear response calculation provides the polarizability and the oscillator strength distribution of the molecule.
+
線形応答計算は、分子の分極率や振動子強度分布を与えます。
−
This exercise should be carried out after finishing the ground state calculation that was explained in [[#Exercise-1: Ground state of C2H2 molecule|Exercise-1]].
+
このエクササイスは、 [[#エクササイス-1: C2H2分子の基底状態|エクササイス-1]]で説明された基底状態計算を終えた後に実行する必要があります。
−
In the calculation, an impulsive perturbation is applied to all electrons in the C2H2 molecule along the molecular axis which we take ''z'' axis.
+
計算では、分子軸を''z''軸として、C2H2分子の全ての電子に分子軸方向に撃力的な摂動を加えます。
−
Then a time evolution calculation is carried out without any external fields.
+
その後に、外場を加えることなく時間発展計算を実行します。
−
During the calculation, the electric dipole moment is monitored.
+
計算の途中で、電気双極モーメントを保持します。
−
After the time evolution calculation, a time-frequency Fourier transformation is carried out for the electric dipole moment to obtain the frequency-dependent polarizability.
+
時間発展計算の後、電気双極モーメントに対して時間-振動数フーリェ変換を行い、振動数依存分極率を得ます。
−
The imaginary part of the frequency-dependent polarizability is proportional to the oscillator strength distribution and the photoabsorption cross section.
+
振動数依存分極率の虚部は、振動子強度分布と光吸収断面積に比例します。
  
−
==== Input files ====
+
==== インプットファイル ====
−
: To run the code, the input file ''C2H2_rt_response.inp'' that contains namelist variables and their values for the linear response calculation is required. The binary file ''C2H2_gs.bin'' that is created in the ground state calculation and pseudopotential files are also required. The pseudopotential files should be the same as those used in the ground state calculation.
+
計算を実行するのに、線形応答計算のためのネームリスト変数とそれらの値を含むインプットファイル''C2H2_rt_response.inp''が必要です。
 +
基底状態計算で生成したバイナリファイル''C2H2_gs.bin''と擬ポテンシャルファイルも必要です。
 +
擬ポテンシャルファイルは、基底状態計算で用いたものと同じものを用いることが必要です。
  
 
{| class="wikitable"
 
{| class="wikitable"
−
| file name       || description
+
| ファイル名       || 説明
 
|-
 
|-
−
| ''C2H2_rt_response.inp'' || input file that contains namelist variables and their values          
+
| ''C2H2_rt_response.inp'' || ネームリスト変数とそれらの値を含むインプットファイル          
 
|-
 
|-
−
| ''C_rps.dat'' || pseodupotential file for carbon
+
| ''C_rps.dat'' || 炭素原子の擬ポテンシャル
 
|-
 
|-
−
| ''H_rps.dat'' || pseudopotential file for hydrogen
+
| ''H_rps.dat'' || 水素原子の擬ポテンシャル
 
|-
 
|-
−
| ''C2H2_gs.bin'' || binary file created in the ground state calculation
+
| ''C2H2_gs.bin'' || 基底状態計算で生成されたバイナリファイル
 
|}
 
|}
  
−
* You may download the ''C2H2_rt_response.inp'' file (zipped file) from:
+
圧縮された''C2H2_rt_response.inp''ファイルを以下からダウンロードできます:
 +
 
 +
[[media:C2H2_rt_response_input.zip|圧縮されたインプットファイルのダウンロード]]
  
−
[[media:C2H2_rt_response_input.zip| Download zipped input file]]
+
インプットファイル''C2H2_rt_response.inp''では、ネームリスト変数が指定されています。それらの多くは、線形応答計算を実行するために必須です。それらの説明を以下に示します。
  
−
* In the input file ''C2H2_rt_response.inp'', namelists variables are specified. Most of them are mandatory to execute the linear response calculation. We present their explanations below:
+
[[インプットファイルの説明（C2H2分子の分極率と光吸収）]]
  
−
[[Explanations of input files (polarizability and photoabsorption of C2H2 molecule)]]
+
あなたが計算をしたい他の系のためのインプットファイルを準備するのに、この情報は有用です。 インプットファイルで用いることのできるネームリスト変数の完全なリストは、ダウンロードファイルのSALMON/manual/input_variables.mdにあります。
−
 
−
: This will help you to prepare the input file for other systems that you want to calculate. A complete list of the namelist variables that can be used in the input file can be found in the downloaded file ''SALMON/manual/input_variables.md''.
 
  
−
==== Output files ====
+
==== 出力ファイル ====
−
: After the calculation, following output files are created in the directory that you run the code,
+
計算の終了後、あなたが計算を実行したディレクトリに以下の出力ファイルが生成されています。
  
 
{| class="wikitable"
 
{| class="wikitable"
−
| file name       || description
+
| ファイル名       || 説明
 
|-
 
|-
−
| ''C2H2_lr.data'' || polarizability and oscillator strength distribution as functions of energy           
+
| ''C2H2_lr.data'' || エネルギーの関数としての分極率と振動子強度分布           
 
|-
 
|-
−
| ''C2H2_p.data'' || components of dipole moment as functions of time
+
| ''C2H2_p.data'' || 時間の関数としての双極モーメントの成分
 
|}
 
|}
  
−
* You may download the above files (zipped file) from:
+
上記の圧縮ファイルを以下からダウンロードすることができます:
  
−
  [[media:C2H2_rt_response_output.zip|Download zipped output files]]
+
  [[media:C2H2_rt_response_output.zip|圧縮した出力ファイルのダウンロード]]
  
−
*Explanations of the output files are given in:
+
出力ファイルの内容を以下で説明します:
  
−
  [[Explanations of output files (polarizability and photoabsorption of C2H2 molecule)]]
+
  [[出力ファイルの説明（C2H2分子の分極率と光吸収）]]
  
−
=== Exercise-3: Electron dynamics in C2H2 molecule under a pulsed electric field ===
+
=== エクササイス-3: パルス電場を印加したC2H2分子における電子ダイナミクス ===
−
In this exercise, we learn the calculation of the electron dynamics in the acetylene (C2H2) molecule under a pulsed electric field, solving the time-dependent Kohn-Sham equation.
 
−
As outputs of the calculation, such quantities as the total energy and the electric dipole moment of the system as functions of time are calculated.
 
−
This tutorial should be carried out after finishing the ground state calculation that was explained in [[#Exercise-1: Ground state of C2H2 molecule|Exercise-1]].
 
−
In the calculation, a pulsed electric field that has cos^2 envelope shape is applied. The parameters that characterize the pulsed field such as magnitude, frequency, polarization direction, and carrier envelope phase are specified in the input file.
 
  
−
==== Input files ====
+
このエクササイスでは、時間依存コーン・シャム方程式を解いてパルス電場を印加したアセチレン(C2H2)分子に起こる電子ダイナミクスの計算を学びます。
−
: To run the code, following files are used. The ''C2H2.data'' file is created in the ground state calculation. Pseudopotential files are already used in the ground state calculation. Therefore, ''C2H2_rt_pulse.inp'' that specifies namelist variables and their values for the pulsed electric field calculation is the only file that the users need to prepare.
+
計算の出力として、時間の関数としての全エネルギーや電気双極子モーメントなどの量が得られます。
 +
このエクササイスは、[[#エクササイス-1: C2H2分子の基底状態|エクササイス-1]]で説明された基底状態計算を終えた後に実行する必要があります。
 +
このエクササイスでは、cos^2の包絡形を持つパルス電場を用いています。パルス電場を特徴付ける強度、振動数、偏極の向き、キャリアエンベロープ位相などのパラメータは、インプットファイルで指定します。
 +
 
 +
==== 入力ファイル ====
 +
計算を実行するのに、以下のファイルを用います。''C2H2_gs.bin''は、基底状態計算で生成されたバイナリファイルです。
 +
擬ポテンシャルファイルは、基底状態計算で用いたものと同じものを持ちることが必要です。
 +
従って、パルス電場計算のネームリスト変数とその値を指定する''C2H2_rt_pulse.inp''が、ユーザが用意する必要のある唯一のファイルです。
  
 
{| class="wikitable"
 
{| class="wikitable"
−
| file name       || description
+
| ファイル名       || 説明
 
|-
 
|-
−
| ''C2H2_rt_pulse.inp'' || input file that contain namelist variables and their values.         
+
| ''C2H2_rt_pulse.inp'' || ネームリスト変数とそれらの値を含むインプットファイル       
 
|-
 
|-
−
| ''C_rps.dat'' || pseodupotential file for Carbon
+
| ''C_rps.dat'' || 炭素原子に対する擬ポテンシャルファイル
 
|-
 
|-
−
| ''H_rps.dat'' || pseudopotential file for Hydrogen
+
| ''H_rps.dat'' || 水素原子に対する擬ポテンシャルファイル
 
|-
 
|-
−
| ''C2H2.data'' || binary file created in the ground state calculation
+
| ''C2H2_gs.bin'' || 基底状態計算で生成されたバイナリファイル
 
|}
 
|}
  
−
* You may download the ''C2H2_rt_pulse.inp'' file (zipped file) from:
+
圧縮された''C2H2_rt_pulse.inp''ファイルを以下からダウンロードできます:
  
−
  [[media:C2H2_rt_pulse_input.zip| Download zipped input file]]
+
  [[media:C2H2_rt_pulse_input.zip|圧縮されたインプットファイルのダウンロード]]
  
−
* In the input file ''C2H2_rt_pulse.inp'', namelists variables are specified. Most of them are mandatory to execute the calculation of electron dynamics induced by a pulsed electric field. We present explanations of the namelist variables that appear in the input file in:
+
インプットファイル''C2H2_rt_pulse.inp''では、ネームリスト変数が指定されています。
 +
それらの多くは、パルス電場により起こる電子ダイナミクス計算を実行するために必須です。
 +
それらの説明を以下に示します:
  
−
  [[Explanations of input files (C2H2 molecule under a pulsed electric field)]]
+
  [[インプットファイルの説明（パルス電場のもとでのC2H2分子）]]
−
 
−
: This will help you to prepare the input file for other systems and other pulsed electric fields that you want to calculate. A complete list of the namelist variables that can be used in the input file can be found in the downloaded file ''SALMON/manual/input_variables.md''.
 
  
−
==== Output files ====
+
あなたが計算をしたい他の系のためのインプットファイルを準備するのに、この情報は有用です。 インプットファイルで用いることのできるネームリスト変数の完全なリストは、ダウンロードファイルのSALMON/manual/input_variables.mdにあります。
−
: After the calculation, following output files are created in the directory that you run the code,
+
 
 +
==== 出力ファイル ====
 +
計算の終了後、あなたが計算を実行したディレクトリに以下の出力ファイルが生成されています。
  
 
{| class="wikitable"
 
{| class="wikitable"
−
| file name       || description
+
| ファイル名       || 説明
 
|-
 
|-
−
| ''C2H2_p.data'' || components of the electric dipole moment as functions of time              
+
| ''C2H2_p.data'' || 時間の関数としての電気双極子モーメントの成分              
 
|-
 
|-
−
| ''C2H2_ps.data'' || power spectrum that is obtained by a time-frequency Fourier transformation of the electric dipole moment
+
| ''C2H2_ps.data'' || 電気双極子モーメントを時間-振動数フーリェ変換することで得られるパワースペクトル
 
|}
 
|}
  
−
* You may download the above files (zipped file) from:
+
圧縮された上記のファイルを以下からダウンロードすることができます:
  
−
  [[media:C2H2_rt_pulse_output.zip|Download zipped output files]]
+
  [[media:C2H2_rt_pulse_output.zip|圧縮された出力ファイルをダウンロード]]
  
−
*Explanations of the files are described in:
+
出力ファイルの内容を以下で説明します:
  
−
  [[Explanations of output files (C2H2 molecule under a pulsed electric field)]]
+
  [[出力ファイルの説明（パルス電場のもとでのC2H2分子）]]
  
−
== Crystalline silicon (periodic solids) ==
+
== シリコン結晶(周期的な固体) ==
  
−
=== Exercise-4: Dielectric function of crystalline silicon===
+
=== エクササイス-4: シリコン結晶の誘電関数 ===
−
In this exercise, we learn the linear response calculation of the crystalline silicon of a diamond structure.
+
このエクササイスでは、ダイヤモンド構造を持つシリコン結晶の線形応答計算を学びます。
−
Calculation is done in a cubic unit cell that contains eight silicon atoms.
+
計算は、８個のシリコン原子を含む立方体の単位セルで行います。
−
Since the ground state calculation costs much less computational time than the time evolution calculation,
+
時間発展計算に比べて基底状態計算は計算時間がはるかに少ないため、両方の計算を連続して実行します。
−
both calculations are successively executed.
+
基底状態計算の終了後、単位セルの全ての電子に対して''z''方向に撃力の摂動を加えます。
−
After finishing the ground state calculation, an impulsive perturbation is applied to all electrons in the unit cell
+
ダイヤモンド構造では誘電関数は等方的なため、計算された誘電関数は摂動の方向には依存しません。
−
along ''z'' direction.
+
時間発展の間、単位セルの体積で平均を取った電子の流れの密度が計算されます。
−
Since the dielectric function is isotropic in the diamond structure, calculated dielectric function should not depend
+
電子の流れの密度に対して時間と振動数のフーリェ変換を行うと、振動数依存伝導度が得られます。
−
on the direction of the perturbation.
+
誘電関数は伝導度から通常の関係に従い得られます。
−
During the time evolution, electric current averaged over the unit cell volume is calculated.
 
−
A time-frequency Fourier transformation of the electric current gives us a frequency-dependent conductivity.
 
−
The dielectric function may be obtained from the conductivity using a standard relation.
 
  
−
==== Input files ====
+
==== 入力ファイル ====
−
: To run the code, following files are used:
+
計算を実行するのに、以下のファイルを用います:
  
 
{| class="wikitable"
 
{| class="wikitable"
−
| file name       || description
+
| ファイル名       || 説明
 
|-
 
|-
−
| ''Si_gs_rt_response.inp'' || input file that contain namelist variables and their values.         
+
| ''Si_gs_rt_response.inp'' || ネームリスト変数とそれらの値を含むインプットファイル       
 
|-
 
|-
−
| ''Si_rps.dat'' || pseodupotential file of silicon
+
| ''Si_rps.dat'' || シリコン原子の擬ポテンシャル
 
|}
 
|}
  
−
* You may download the above 2 files (zipped file) from:
+
圧縮された上記の２つのファイルを以下からダウンロードできます:
  
−
  [[media: Si_gs_rt_response_input.zip| Download zipped input and pseudopotential files]]
+
  [[media: Si_gs_rt_response_input.zip|圧縮されたインプットファイルと擬ポテンシャルファイルのダウンロード]]
  
−
* In the input file ''Si_gs_rt_response.inp'', namelists variables are specified. Most of them are mandatory to execute the calculation. We present explanations of the namelist variables that appear in the input file in:
+
インプットファイル''Si_gs_rt_response.inp''では、ネームリスト変数が指定されています。それらの多くは、計算を行うために必須です。
 +
それらの説明を以下に示します:
  
−
  [[Explanations of input files (dielectric function of crystalline silicon)]]
+
  [[インプットファイルの説明（シリコン結晶の誘電関数）]]
  
−
+
あなたが計算をしたい他の系のためのインプットファイルを準備するのに、この情報は有用です。 インプットファイルで用いることのできるネームリスト変数の完全なリストは、ダウンロードファイルのSALMON/manual/input_variables.mdにあります。
−
: This will help you to prepare the input file for other systems that you want to calculate. A complete list of the namelist variables that can be used in the input file can be found in the downloaded file ''SALMON/manual/input_variables.md''.
 
  
−
==== Output files ====
+
==== 出力ファイル ====
−
: After the calculation, following output files are created in the directory that you run the code,
+
計算の終了後、あなたが計算を実行したディレクトリに以下の出力ファイルが生成されています。
  
 
{| class="wikitable"
 
{| class="wikitable"
−
| file name       || description
+
| ファイル名       || 説明
 
|-
 
|-
−
| ''Si_gs_info.data'' || information of ground state calculation
+
| ''Si_gs_info.data'' || 基底状態計算の情報
 
|-
 
|-
−
| ''Si_eigen.data'' || energy eigenvalues of orbitals
+
| ''Si_eigen.data'' || 軌道のエネルギー固有値
 
|-
 
|-
−
| ''Si_k.data'' || information on k-points
+
| ''Si_k.data'' || k点に関する情報
 
|-
 
|-
−
| ''Si_rt.data'' || electric field, vector potential, and current as functions of time
+
| ''Si_rt.data'' || 時間の関数としての電場、ベクトルポテンシャル、カレント
 
|-
 
|-
−
| ''Si_force.data'' || force acting on atoms
+
| ''Si_force.data'' || 原子に働く力
 
|-
 
|-
−
| ''Si_lr.data'' || Fourier spectra of the dielectric functions
+
| ''Si_lr.data'' || 誘電関数のフーリェスペクトル
 
|-
 
|-
−
| ''Si_gs_rt_response.out'' || standard output file
+
| ''Si_gs_rt_response.out'' || 標準出力ファイル
 
|}
 
|}
  
−
* You may download the above files (zipped file) from:
+
圧縮された上記のファイルを以下からダウンロードすることができます:
  
−
  [[media:Si_gs_rt_response_output.zip|Download zipped output files]]
+
  [[media:Si_gs_rt_response_output.zip|圧縮した出力ファイルをダウンロード]]
  
−
* Explanations of the output files are described in:
+
出力ファイルの内容を以下で説明します:
  
−
  [[Explanation of output fiels (dielectric function of crystalline silicon)]]
+
  [[出力ファイルの説明（シリコン結晶の誘電関数）]]
  
−
=== Exercise-5: Electron dynamics in crystalline silicon under a pulsed electric field ===
+
=== エクササイス-5: パルス電場を印加したシリコン結晶における電子ダイナミクス ===
−
In this exercise, we learn the calculation of electron dynamics in a unit cell of crystalline silicon of a diamond structure.
+
このエクササイスでは、ダイヤモンド構造を持つシリコン結晶の単位セルにおける電子ダイナミクス計算を学びます。
−
Calculation is done in a cubic unit cell that contains eight silicon atoms.
+
計算は、８個のシリコン原子を含む立方体の単位セルで行います。
−
Since the ground state calculation costs much less computational time than the time evolution calculation,
+
時間発展計算に比べて基底状態計算は計算時間がはるかに少ないため、両方の計算を連続して実行します。
−
both calculations are successively executed.
+
基底状態計算を終えたのち、cos^2の包絡形を持つパルス電場を加えます。
−
After finishing the ground state calculation, a pulsed electric field that has cos^2 envelope shape is applied.
+
パルス場を特徴付ける強度、振動数、偏極の向き、キャリアエンベロープ位相などのパラメータは、インプットファイルで指定します。
−
The parameters that characterize the pulsed field such as magnitude, frequency, polarization, and carrier envelope phase
 
−
are specified in the input file.
 
  
−
==== Input files ====
+
==== 入力ファイル ====
−
: To run the code, following files are used:
+
計算を実行するのに、以下のファイルを用います:
  
 
{| class="wikitable"
 
{| class="wikitable"
−
| file name       || description
+
| ファイル名       || 説明
 
|-
 
|-
−
| ''Si_gs_rt_pulse.inp'' || input file that contain namelist variables and their values.         
+
| ''Si_gs_rt_pulse.inp'' || ネームリスト変数とそれらの値を含むインプットファイル       
 
|-
 
|-
−
| ''Si_rps.dat'' || pseodupotential file for Carbon
+
| ''Si_rps.dat'' || シリコン原子の擬ポテンシャルファイル
 
|}
 
|}
  
−
* You may download the above 2 files (zipped file) from:
+
圧縮された上記の２つのファイルを以下からダウンロードできます:
  
−
  [[media:Si_gs_rt_pulse_input.zip| Download zipped input and pseudopotential files]]
+
  [[media:Si_gs_rt_pulse_input.zip|圧縮されたインプットファイルと擬ポテンンシャルファイルのダウンロード]]
  
−
* In the input file ''Si_gs_rt_pulse.inp'', namelists variables are specified. Most of them are mandatory to execute the calculation. We present explanations of the namelist variables that appear in the input file in:
+
インプットファイル''Si_gs_rt_pulse.inp''では、ネームリスト変数が指定されています。
 +
それらの多くは、計算を行うために必須です。
 +
それらの説明を以下に示します:
  
−
  [[Explanation of input files (crystalline silicon under a pulsed electric field)]]
+
  [[インプットファイルの説明（パルス電場のもとでのシリコン結晶）]]
  
−
+
あなたが計算をしたい他の系のためのインプットファイルを準備するのに、この情報は有用です。 インプットファイルで用いることのできるネームリスト変数の完全なリストは、ダウンロードファイルのSALMON/manual/input_variables.mdにあります。
−
: This will help you to prepare the input file for other systems that you want to calculate. A complete list of the namelist variables that can be used in the input file can be found in the downloaded file ''SALMON/manual/input_variables.md''.
 
  
−
==== Output files ====
+
==== 出力ファイル ====
−
: After the calculation, following output files are created in the directory that you run the code,
+
計算の終了後、あなたが計算を実行したディレクトリに以下の出力ファイルが生成されています。
  
 
{| class="wikitable"
 
{| class="wikitable"
−
| file name       || description
+
| ファイル名       || 説明
 
|-
 
|-
−
| ''Si_gs_info.data'' || information of ground state calculation
+
| ''Si_gs_info.data'' || 基底状態計算の情報
 
|-
 
|-
−
| ''Si_eigen.data'' || energy eigenvalues of orbitals
+
| ''Si_eigen.data'' || 軌道のエネルギー固有値
 
|-
 
|-
−
| ''Si_k.data'' || information on k-points
+
| ''Si_k.data'' || k点に関する情報
 
|-
 
|-
−
| ''Si_rt.data'' || electric field, vector potential, and current as functions of time
+
| ''Si_rt.data'' || 時間の関数としての電場、ベクトルポテンシャル、カレント
 
|-
 
|-
−
| ''Si_force.data'' || force acting on atoms
+
| ''Si_force.data'' || 原子に働く力
 
|-
 
|-
−
| ''Si_lr.data'' || Fourier transformations of various quantities
+
| ''Si_lr.data'' || 様々な量のフーリェ変換
 
|-
 
|-
−
| ''Si_gs_rt_pulse.out'' || standard output file
+
| ''Si_gs_rt_pulse.out'' || 標準出力ファイル
 
|}
 
|}
  
−
* You may download the above files (zipped file) from:
+
圧縮された上記のファイルを以下からダウンロードすることができます:
  
−
  [[media:Si_gs_rt_pulse_output.zip|Download zipped output files]]
+
  [[media:Si_gs_rt_pulse_output.zip|圧縮した出力ファイルのダウンロード]]
  
−
* Explanations of the output files are described in:
+
出力ファイルの内容を以下で説明します:
  
−
  [[Explanation of output files (crystalline silicon under a pulsed electric field)]]
+
  [[出力ファイルの説明（パルス電場のもとでのシリコン結晶）]]
  
−
== Maxwell + TDDFT multiscale simulation ==
+
== マクスウェル+TDDFTマルチスケールシミュレーション ==
  
−
=== Exercise-6: Pulsed-light propagation through a silicon thin film ===
+
=== エクササイス-6: パルス光のシリコン薄膜の伝播 ===
−
In this exercise, we learn the calculation of the propagation of a pulsed light through a thin film of crystalline silicon.
+
このエクササイスでは、シリコン結晶の薄膜を伝播するパルス光の計算を学びます。
−
We consider a silicon thin film of ?? nm thickness, and an irradiation of a few-cycle, linearly polarized pulsed light normally on the thin film.
+
数サイクルの直線偏光したパルス光を薄膜に垂直入射します。
−
First, to set up initial orbitals, the ground state calculation is carried out.
+
始めに、軌道関数の初期状態を準備するため、基底状態計算を行います。
−
The pulsed light locates in the vacuum region in front of the thin film.
+
また、パルス光は薄膜の手前の真空領域に置きます。
−
The parameters that characterize the pulsed light such as magnitude and frequency are specified in the input file.
+
パルス光を特徴付ける、強さや振動数などのパラメータは、インプットファイルで指定します。
−
The calculation ends when the reflected and transmitted pulses reach the vacuum region.
+
反射波や透過波が真空領域に到達したら、計算を終了します。
  
−
==== Input files ====
+
==== 入力ファイル ====
−
: To run the code, following files are used:
+
計算を実行するのに、以下のファイルを用います:
  
 
{| class="wikitable"
 
{| class="wikitable"
−
| file name       || description
+
| ファイル名       || 説明
 
|-
 
|-
−
| ''Si_gs_rt_multiscale.inp'' || input file that contain namelist variables and their values.         
+
| ''Si_gs_rt_multiscale.inp'' || ネームリスト変数とそれらの値を含むインプットファイル   
 
|-
 
|-
−
| ''Si_rps.dat'' || pseodupotential file for silicon
+
| ''Si_rps.dat'' || シリコン原子の擬ポテンシャルファイル
 
|}
 
|}
  
−
* You may download the above two files (zipped file) from:
+
圧縮された上記の２つのファイルを以下からダウンロードできます:
  
−
  [[media: Si_gs_rt_multiscale_input.zip| Download zipped input and pseudopotential files]]
+
  [[media: Si_gs_rt_multiscale_input.zip|圧縮したインプットファイルと擬ポテンシャルファイルのダウンロード]]
  
 +
インプットファイル''Si_gs_rt_multiscale.inp''で、ネームリスト変数が指定されています。
 +
それらの多くは、計算を行うために必須です。 それらの説明を以下に示します:
  
−
* In the input file ''Si_gs_rt_multiscale.inp'', namelists variables are specified. Most of them are mandatory to execute the calculation. We present explanations of the namelist variables that appear in the input file in:
+
[[インプットファイルの説明（シリコン薄膜のパルス光伝播）]]
  
−
[[Explanation of input files (pulsed-light propagation through a silicon thin film)]]
+
あなたが計算をしたい他の系のためのインプットファイルを準備するのに、この情報は有用です。 インプットファイルで用いることのできるネームリスト変数の完全なリストは、ダウンロードファイルのSALMON/manual/input_variables.mdにあります。
  
−
+
==== 出力ファイル ====
−
: This will help you to prepare the input file for other systems that you want to calculate. A complete list of the namelist variables that can be used in the input file can be found in the downloaded file ''SALMON/manual/input_variables.md''.
+
計算の終了後、あなたが計算を実行したディレクトリに以下の出力ファイルが生成されています。
−
 
 
−
==== Output files ====
 
−
: After the calculation, following output files are created in the directory that you run the code,
 
  
 
{| class="wikitable"
 
{| class="wikitable"
−
| file name       || description
+
| ファイル名       || 説明
 
|-
 
|-
−
| ''Si_gs_info.data'' || results of the ground state as well as input parameters
+
| ''Si_gs_info.data'' || 入力パラメータと、基底状態の計算結果
 
|-
 
|-
−
| ''Si_eigen.data'' || orbital energies in the ground state calculation
+
| ''Si_eigen.data'' || 基底状態計算での軌道エネルギー
 
|-
 
|-
−
| ''Si_k.data'' || information on k-points
+
| ''Si_k.data'' || k点に関する情報
 
|-
 
|-
−
| ''Si_Ac_xxxxxx.data'' || various quantities at a time as functions of macroscopic position
+
| ''Si_Ac_xxxxxx.data'' || ある時刻における様々な量を、巨視的座標の関数として示す
 
|-
 
|-
−
| ''Si_Ac_M_xxxxxx.data'' || various quantities at a macroscopic point as functions of time
+
| ''Si_Ac_M_xxxxxx.data'' || ある巨視的座標における様々な量を、時間の関数として示す
 
|-
 
|-
−
| ''Si_Ac_vac.data'' || vector potential at vacuum position adjacent to the medium
+
| ''Si_Ac_vac.data'' || 物質に隣接した真空の位置におけるベウトルポテンシャル
 
|-
 
|-
−
| ''Si_gs_rt_multiscale.out'' || standard output file
+
| ''Si_gs_rt_multiscale.out'' || 標準出力ファイル
 
|}
 
|}
  
−
* You may download the above files (zipped file) from:
+
圧縮された上記のファイルを以下からダウンロードすることができます:
  
−
  [[media:Si_gs_rt_multiscale_output.zip|Download zipped output files]]
+
  [[media:Si_gs_rt_multiscale_output.zip|圧縮した出力ファイルのダウンロード]]
  
−
* Explanations of the output files are described in:
+
出力ファイルの内容を以下で説明します:
  
−
  [[Explanation of output files (pulsed-light propagation through a silicon thin film)]]
+
  [[出力ファイルの説明（シリコン薄膜のパルス光伝播）]]

Latest revision as of 18:21, 4 February 2018

はじめに

SALMONエクササイスへようこそ！

このエクササイスでは、SALMONの多岐にわたる応用をカバーする いくつかのサンプルを用いて、基本からSALMONの使い方を説明します。 以下では、UNIX/Linux OSの計算環境にあることを前提にします。 最初に、あなたの計算環境にSALMONをダウンロードしインストールすることが必要です。 まだ行っていない場合は、ダウンロードとインストールと実行に従い作業してください。

インストールと実行で述べたように、SALMONを実行するためには少なくとも インプットファイルと擬ポテンシャルファイルが必要です。 以下では、いくつかのサンプル計算に対するインプットファイルを示し、そのインプットファイルに 現れるネームリスト変数の簡単な説明を行います。 そのインプットファイルを修正して、あなた自身が行いたい計算を実行することができるでしょう。 サンプルに含まれている元素の擬ポテンシャルも提供されています。 主要な出力ファイルの説明も行います。

以下では６つのエクササイスを紹介します。

最初の３つのエクササイス（エクササイス-1~3）は、孤立したアセチレン分子C2H2に対するものです。 もし孤立した系の電子ダイナミクス計算に興味がある場合は、これらのエクササイスをご覧ください。 SALMONでは、通常最初に基底状態計算を行います。 これは、エクササイス-1で説明します。 基底状態計算が終わったのち、２つの電子ダイナミクス計算が用意されています。 エクササイス-2では、分子の分極率と光吸収を得る 実時間での線形光応答計算を示します。 エクササイス-3では、 パルス電場が印加された分子における電子ダイナミクス計算を示します。

次の２つのエクササイス(エクササイス-4~5)は、結晶固体シリコンに対するものです。 もし無限周期系における電子ダイナミクス計算を学ぶことに興味があれば、これらのエクササイスをご覧ください。 周期系の計算では、小さな単位セルを持つ系の基底状態計算は容易であり、時間発展計算の方がはるかに計算時間がかかるため、 基底状態と時間発展の計算を一つのジョブとして実行することを推奨します。 以下の２つのエクササイスも、そのようになっています。 エクササイス-4では、結晶シリコンの誘電関数を得るための 線形応答性質の計算を示します。 エクササイス-5 では、パルス電場を印加した結晶シリコンにおける電子ダイナミクス計算を示します。

最後のエクササイス(エクササイス-6)は、バルクシリコンへのパルス光の入射と伝播に対して、 パルス光の電磁場に対するマクスウェル方程式と単位セルの電子ダイナミクス計算を結合したものです。 これは大きな計算時間を必要とするため、大規模並列スパコンの利用が推奨されます。 エクササイス-6で、 バルクシリコンの表面に垂直に入射する直線偏光パルス光の入射計算を示します。

C2H2 (孤立分子)

エクササイス-1: C2H2分子の基底状態

このエクササイスでは、静的コーン・シャム方程式を解くことによりアセチレン分子(C2H2)の基底状態を求める計算を学びます。 このエクササイスは、分子やナノ粒子のような孤立した系に対して、SALMONを用いた計算をどのようにすれば良いかを知るのに有用です。 今のところ、SALMONで構造最適化を実行することはできないことに注意してください。 分子の原子位置はインプットファイルて指定され、計算の過程では固定されます。

入力ファイル

コードを実行するために、以下のファイルが必要です。

file name description
C2H2_gs.inp ネームリスト変数とそれらの値を含むインプットファイル
C_rps.dat 炭素原子の擬ポテンシャル
H_rps.dat 水素原子の擬ポテンシャル

上記の３つのファイル（圧縮ファイル）は、以下からダウンロードできます: 

圧縮されたインプットファイルと擬ポテンシャルファイルをダウンロード

インプットファイルC2H2_gs.inpでは、ネームリスト変数が指定されています。それらの多くは、基底状態計算を実行するために必須です。それらの説明を以下に示します: 

インプットファイルの説明（C2H2分子の基底状態）

あなたが計算をしたい他の系のためのインプットファイルを準備するのに、この情報は有用です。 インプットファイルで用いることのできるネームリスト変数の完全なリストは、ダウンロードファイルのSALMON/manual/input_variables.mdにあります。

出力ファイル

計算の終了後、あなたが計算を実行したディレクトリに以下の出力ファイルが生成されています。

file name description
C2H2_info.data 基底状態の解の情報
dns.cube 電子密度のキューブファイル
elf.cube 電子局在関数(ELF)
psi1.cube, psi2.cube, ... 電子軌道
dos.data 状態密度
pdos1.data, pdos2.data, ... 射影された状態密度
C2H2_gs.bin 実時間計算で用いるバイナリ出力ファイル

上記のファイル（バイナリファイルC2H2_gs.binを除いた圧縮ファイル）は、以下からダウンロードすることができます: 

圧縮された出力ファイルのダウンロード

軌道エネルギーのような主要な計算結果はC2H2_info.dataに含まれています。C2H2_info.dataと他の出力ファイルの内容を以下で説明します: 

出力ファイルの説明（C2H2分子の基底状態）

画像イメージ

出力ファイルから作成されたいくつかの画像イメージを示します。

image files used to create the image
最高占有軌道(HOMO) psi1.cube, psi2.cube, ...
電子密度 dns.cube
電子局在関数 elf.cube

エクササイス-2: C2H2分子の分極率と光吸収

このエクササイスでは、時間依存コーン・シャム方程式を解いてアセチレン(C2H2)分子の線形応答を調べる計算を学びます。 線形応答計算は、分子の分極率や振動子強度分布を与えます。 このエクササイスは、 エクササイス-1で説明された基底状態計算を終えた後に実行する必要があります。 計算では、分子軸をz軸として、C2H2分子の全ての電子に分子軸方向に撃力的な摂動を加えます。 その後に、外場を加えることなく時間発展計算を実行します。 計算の途中で、電気双極モーメントを保持します。 時間発展計算の後、電気双極モーメントに対して時間-振動数フーリェ変換を行い、振動数依存分極率を得ます。 振動数依存分極率の虚部は、振動子強度分布と光吸収断面積に比例します。

インプットファイル

計算を実行するのに、線形応答計算のためのネームリスト変数とそれらの値を含むインプットファイルC2H2_rt_response.inpが必要です。 基底状態計算で生成したバイナリファイルC2H2_gs.binと擬ポテンシャルファイルも必要です。 擬ポテンシャルファイルは、基底状態計算で用いたものと同じものを用いることが必要です。

ファイル名 説明
C2H2_rt_response.inp ネームリスト変数とそれらの値を含むインプットファイル
C_rps.dat 炭素原子の擬ポテンシャル
H_rps.dat 水素原子の擬ポテンシャル
C2H2_gs.bin 基底状態計算で生成されたバイナリファイル

圧縮されたC2H2_rt_response.inpファイルを以下からダウンロードできます: 

圧縮されたインプットファイルのダウンロード

インプットファイルC2H2_rt_response.inpでは、ネームリスト変数が指定されています。それらの多くは、線形応答計算を実行するために必須です。それらの説明を以下に示します。 

インプットファイルの説明（C2H2分子の分極率と光吸収）

あなたが計算をしたい他の系のためのインプットファイルを準備するのに、この情報は有用です。 インプットファイルで用いることのできるネームリスト変数の完全なリストは、ダウンロードファイルのSALMON/manual/input_variables.mdにあります。

出力ファイル

計算の終了後、あなたが計算を実行したディレクトリに以下の出力ファイルが生成されています。

ファイル名 説明
C2H2_lr.data エネルギーの関数としての分極率と振動子強度分布
C2H2_p.data 時間の関数としての双極モーメントの成分

上記の圧縮ファイルを以下からダウンロードすることができます: 

圧縮した出力ファイルのダウンロード

出力ファイルの内容を以下で説明します: 

出力ファイルの説明（C2H2分子の分極率と光吸収）

エクササイス-3: パルス電場を印加したC2H2分子における電子ダイナミクス

このエクササイスでは、時間依存コーン・シャム方程式を解いてパルス電場を印加したアセチレン(C2H2)分子に起こる電子ダイナミクスの計算を学びます。 計算の出力として、時間の関数としての全エネルギーや電気双極子モーメントなどの量が得られます。 このエクササイスは、エクササイス-1で説明された基底状態計算を終えた後に実行する必要があります。 このエクササイスでは、cos^2の包絡形を持つパルス電場を用いています。パルス電場を特徴付ける強度、振動数、偏極の向き、キャリアエンベロープ位相などのパラメータは、インプットファイルで指定します。

入力ファイル

計算を実行するのに、以下のファイルを用います。C2H2_gs.binは、基底状態計算で生成されたバイナリファイルです。 擬ポテンシャルファイルは、基底状態計算で用いたものと同じものを持ちることが必要です。 従って、パルス電場計算のネームリスト変数とその値を指定するC2H2_rt_pulse.inpが、ユーザが用意する必要のある唯一のファイルです。

ファイル名 説明
C2H2_rt_pulse.inp ネームリスト変数とそれらの値を含むインプットファイル
C_rps.dat 炭素原子に対する擬ポテンシャルファイル
H_rps.dat 水素原子に対する擬ポテンシャルファイル
C2H2_gs.bin 基底状態計算で生成されたバイナリファイル

圧縮されたC2H2_rt_pulse.inpファイルを以下からダウンロードできます: 

圧縮されたインプットファイルのダウンロード

インプットファイルC2H2_rt_pulse.inpでは、ネームリスト変数が指定されています。 それらの多くは、パルス電場により起こる電子ダイナミクス計算を実行するために必須です。 それらの説明を以下に示します: 

インプットファイルの説明（パルス電場のもとでのC2H2分子）

あなたが計算をしたい他の系のためのインプットファイルを準備するのに、この情報は有用です。 インプットファイルで用いることのできるネームリスト変数の完全なリストは、ダウンロードファイルのSALMON/manual/input_variables.mdにあります。

出力ファイル

計算の終了後、あなたが計算を実行したディレクトリに以下の出力ファイルが生成されています。

ファイル名 説明
C2H2_p.data 時間の関数としての電気双極子モーメントの成分
C2H2_ps.data 電気双極子モーメントを時間-振動数フーリェ変換することで得られるパワースペクトル

圧縮された上記のファイルを以下からダウンロードすることができます: 

圧縮された出力ファイルをダウンロード

出力ファイルの内容を以下で説明します: 

出力ファイルの説明（パルス電場のもとでのC2H2分子）

シリコン結晶(周期的な固体)

エクササイス-4: シリコン結晶の誘電関数

このエクササイスでは、ダイヤモンド構造を持つシリコン結晶の線形応答計算を学びます。 計算は、８個のシリコン原子を含む立方体の単位セルで行います。 時間発展計算に比べて基底状態計算は計算時間がはるかに少ないため、両方の計算を連続して実行します。 基底状態計算の終了後、単位セルの全ての電子に対してz方向に撃力の摂動を加えます。 ダイヤモンド構造では誘電関数は等方的なため、計算された誘電関数は摂動の方向には依存しません。 時間発展の間、単位セルの体積で平均を取った電子の流れの密度が計算されます。 電子の流れの密度に対して時間と振動数のフーリェ変換を行うと、振動数依存伝導度が得られます。 誘電関数は伝導度から通常の関係に従い得られます。

入力ファイル

計算を実行するのに、以下のファイルを用います:

ファイル名 説明
Si_gs_rt_response.inp ネームリスト変数とそれらの値を含むインプットファイル
Si_rps.dat シリコン原子の擬ポテンシャル

圧縮された上記の２つのファイルを以下からダウンロードできます: 

圧縮されたインプットファイルと擬ポテンシャルファイルのダウンロード

インプットファイルSi_gs_rt_response.inpでは、ネームリスト変数が指定されています。それらの多くは、計算を行うために必須です。 それらの説明を以下に示します: 

インプットファイルの説明（シリコン結晶の誘電関数）

あなたが計算をしたい他の系のためのインプットファイルを準備するのに、この情報は有用です。 インプットファイルで用いることのできるネームリスト変数の完全なリストは、ダウンロードファイルのSALMON/manual/input_variables.mdにあります。

出力ファイル

計算の終了後、あなたが計算を実行したディレクトリに以下の出力ファイルが生成されています。

ファイル名 説明
Si_gs_info.data 基底状態計算の情報
Si_eigen.data 軌道のエネルギー固有値
Si_k.data k点に関する情報
Si_rt.data 時間の関数としての電場、ベクトルポテンシャル、カレント
Si_force.data 原子に働く力
Si_lr.data 誘電関数のフーリェスペクトル
Si_gs_rt_response.out 標準出力ファイル

圧縮された上記のファイルを以下からダウンロードすることができます: 

圧縮した出力ファイルをダウンロード

出力ファイルの内容を以下で説明します: 

出力ファイルの説明（シリコン結晶の誘電関数）

エクササイス-5: パルス電場を印加したシリコン結晶における電子ダイナミクス

このエクササイスでは、ダイヤモンド構造を持つシリコン結晶の単位セルにおける電子ダイナミクス計算を学びます。 計算は、８個のシリコン原子を含む立方体の単位セルで行います。 時間発展計算に比べて基底状態計算は計算時間がはるかに少ないため、両方の計算を連続して実行します。 基底状態計算を終えたのち、cos^2の包絡形を持つパルス電場を加えます。 パルス場を特徴付ける強度、振動数、偏極の向き、キャリアエンベロープ位相などのパラメータは、インプットファイルで指定します。

入力ファイル

計算を実行するのに、以下のファイルを用います:

ファイル名 説明
Si_gs_rt_pulse.inp ネームリスト変数とそれらの値を含むインプットファイル
Si_rps.dat シリコン原子の擬ポテンシャルファイル

圧縮された上記の２つのファイルを以下からダウンロードできます: 

圧縮されたインプットファイルと擬ポテンンシャルファイルのダウンロード

インプットファイルSi_gs_rt_pulse.inpでは、ネームリスト変数が指定されています。 それらの多くは、計算を行うために必須です。 それらの説明を以下に示します: 

インプットファイルの説明（パルス電場のもとでのシリコン結晶）

あなたが計算をしたい他の系のためのインプットファイルを準備するのに、この情報は有用です。 インプットファイルで用いることのできるネームリスト変数の完全なリストは、ダウンロードファイルのSALMON/manual/input_variables.mdにあります。

出力ファイル

計算の終了後、あなたが計算を実行したディレクトリに以下の出力ファイルが生成されています。

ファイル名 説明
Si_gs_info.data 基底状態計算の情報
Si_eigen.data 軌道のエネルギー固有値
Si_k.data k点に関する情報
Si_rt.data 時間の関数としての電場、ベクトルポテンシャル、カレント
Si_force.data 原子に働く力
Si_lr.data 様々な量のフーリェ変換
Si_gs_rt_pulse.out 標準出力ファイル

圧縮された上記のファイルを以下からダウンロードすることができます: 

圧縮した出力ファイルのダウンロード

出力ファイルの内容を以下で説明します: 

出力ファイルの説明（パルス電場のもとでのシリコン結晶）

マクスウェル+TDDFTマルチスケールシミュレーション

エクササイス-6: パルス光のシリコン薄膜の伝播

このエクササイスでは、シリコン結晶の薄膜を伝播するパルス光の計算を学びます。 数サイクルの直線偏光したパルス光を薄膜に垂直入射します。 始めに、軌道関数の初期状態を準備するため、基底状態計算を行います。 また、パルス光は薄膜の手前の真空領域に置きます。 パルス光を特徴付ける、強さや振動数などのパラメータは、インプットファイルで指定します。 反射波や透過波が真空領域に到達したら、計算を終了します。

入力ファイル

計算を実行するのに、以下のファイルを用います:

ファイル名 説明
Si_gs_rt_multiscale.inp ネームリスト変数とそれらの値を含むインプットファイル
Si_rps.dat シリコン原子の擬ポテンシャルファイル

圧縮された上記の２つのファイルを以下からダウンロードできます: 

圧縮したインプットファイルと擬ポテンシャルファイルのダウンロード

インプットファイルSi_gs_rt_multiscale.inpで、ネームリスト変数が指定されています。 それらの多くは、計算を行うために必須です。 それらの説明を以下に示します: 

インプットファイルの説明（シリコン薄膜のパルス光伝播）

あなたが計算をしたい他の系のためのインプットファイルを準備するのに、この情報は有用です。 インプットファイルで用いることのできるネームリスト変数の完全なリストは、ダウンロードファイルのSALMON/manual/input_variables.mdにあります。

出力ファイル

計算の終了後、あなたが計算を実行したディレクトリに以下の出力ファイルが生成されています。

ファイル名 説明
Si_gs_info.data 入力パラメータと、基底状態の計算結果
Si_eigen.data 基底状態計算での軌道エネルギー
Si_k.data k点に関する情報
Si_Ac_xxxxxx.data ある時刻における様々な量を、巨視的座標の関数として示す
Si_Ac_M_xxxxxx.data ある巨視的座標における様々な量を、時間の関数として示す
Si_Ac_vac.data 物質に隣接した真空の位置におけるベウトルポテンシャル
Si_gs_rt_multiscale.out 標準出力ファイル

圧縮された上記のファイルを以下からダウンロードすることができます: 

圧縮した出力ファイルのダウンロード

出力ファイルの内容を以下で説明します: 

出力ファイルの説明（シリコン薄膜のパルス光伝播）
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