ساختن ورودی ابینیت با استفاده از آوواگادرو

توضیحات

منتشر شده در سه شنبه, 08 خرداد 1397 05:05

نوشته شده توسط مرتضی ترابی راد

بازدید: 4525

نرم افزار ABINIT یک نرم افزار متن باز بسیار قوی برای انجام محاسبات حالت پایه و برانگیخته روی ملکولها و بلورهاست. این نرم افزار به زبان فرترن نوشته شده است و روی سیستم عامل های مختلف از قبیل لینوکس، مک و ویندوز قابل اجرا می باشد. ابینیت براساس نظریه تابعی چگالی در تقریب شبه پتانسیل با پایه های موج تخت و موجک بوده و قادر به محاسبه کمیاتی مانند انرژی کل، چگالی بار، چگالی حالات و .... می باشد. ABINIT می تواند هندسه یک سیستم را بر اساس تنش ها و نیروهای موجود در DFT بهینه کند. به علاوه، می تواند شبیه سازی های دینامیک ملکولی را با استفاده از این نیروها انجام دهد و یا ماتریس های دینامیکی، بار موثر بورن و تانسورهای دی الکتریک را تولید کند. حالت های برانگیخته در این نرم افزار بوسیله نظریه تابعی چگالی وابسته به زمان و یا نظریه اختلالی بس ذره ای GW انجام می شود. برای ویژوالایز کردن نتایج ابینیت، نرم افزارهای مختلفی وجود دارد از قبیل Xcrysden، Avogadro و ..…‬‬

ابینیت چون برای محاسبات حالت جامد نوشته شده است‚ و از طرفی در محاسبات حالت جامد معمولاً با فلزات درگیر هستیم و فلزات معمولاً دارای تعداد زیادی الکترون هستند‚ لذا حل معادلات کوهن-شم برای تعداد زیادی الکترون بسیار وقت گیر خواهد شد. طریقی که برای دور زدن این مشکل طی می شود‚ ایده ای شیمیایی است که در سال 1916 و 1930 توسط لوویس و سی. ای. کولسون پیشنهاد شد و در آن از الکترونهای مغزه صرف نظر می‌شود و محاسبات فقط بر اساس الکترون های والانس اتم ها پیش می‌رود زیرا رفتار یک ماده با تقریب خیلی خوبی فقط متأثر از الکترون های والانس است. حال رفتار الکترن های والانس در ناحیه مغزه اتم ها بوسیله توابعی کنترل می‌شود که شبه پتانسیل نام دارند و از محاسبات چگالی های اتمی بدست می آیند. انواعی از شبه پتانسیل ها وجود دارند و نرم افزاری در خود پکیج ابینیت به نام atompaw وجود دارد که می‌تواند شبه پتانسیل های PAW را تولید کند. البته نرم افزارهای مختلفی برای تولید شبه پتانسیل استفاده می‌شود که تعدادی در زیر فهرست شده اند:

1. Norm-conserving pseudo potential generators
   • ONCVPSP
   • APE
   • OPIUM
   • FHI98PP
2. PAW atomic data file generators
   • AtomPAW atomic dataset generator
   • USPP atomic dataset generator

ABINIT هم روی CPU و هم روی GPU قابل اجراست و می توان آن را روی رایانه های شخصی و یا خوشه های بسیار بزرگ دارای مثلا چندین هزار هسته، با کامپالرهای مختلفی مثل mpi، openmp ، intel و .... نصب کرد.

آشنایی با قالب فایل ورودی ابینیت:

می‌توان گفت که ابینیت در بین تمامی نرم‌افزار های محاسباتی نظریه تابعیٍ چگالیٍ حالت جامد‚ ساده‌ترین فایل ورودی را دارد به این صورت که هر متغییر را نوشته و مقدار آن را با یک فاصله در جلوی آن مشخص می کنیم. با زدن یک اینتر متغییر بعدی را وارد میکنیم. یکای کمیت ها در ابینیت به طور پیش‌فرض یکاهای سیستم اتمی است. یعنی بوهر برای طول‚ هارتری برای انرژي‚ درجه برای زاویه و ....
قسمتی از متغییرهای ابینیت در زیر فهرست شده اند:
acell : طول بردارهای شبکه برحسب بوهر‚ یعنی همان a‚b,c
angdeg : زاویه های بین بردارهای شبکه بر حسب درجه‚ یعنی آلفا‚ بتا و گاما
ecut : انرژی قطع موج تخت
natom : تعداد اتم ها
ntypat : تعداد انواع اتم ها
xcart : مختصات اتم ها بر حسب بوهر
xangst : مختصات اتم ها بر حسب انگستروم
znucl : اعداد اتمی اتم ها
typat : نوع اتم ها
ionmov : متغییری برای کنترل حرکت اتم ها(یون ها)
nstep: تعداد چرخه خود-سازگار
.
.
.
برای ساختن فایل ورودی‚ نرم افزار های مختلفی می توان استفاده کرد. یک نرم افزار بسیار خوب‚ نرم افزار آووگادرو می باشد. شکل ۱ تصویری از ملکول متان و چگونگی ساخت فایل ورودی برای ابینیت را  نمایش ‌می‌دهد:

 شکل ۱

حال از منوی Extensions می‌توان خروجی مورد نظر را برای ابینیت گرفت:

شکل ۲

شکل ۳

فایل ورودی تولید شده با آووگادرو به صورت زیر است:

شکل ۴

در حالت کلی فایل ورودی ای که توسط آووگادرو ساخته می شود نیاز به ویرایش دارد. تنها مواردی که ما به آنها نیاز داریم‚ پارامترهای شبکه و مختصات اتمهاست.

محاسبه انرژی تک نقطه روی تیتانیوم دی اکسید :

فایل ورودی برای محاسبه انرژی تک نقطه برای بلور تیتانیوم دی اکسید در فاز آناتاز به طور زیر است:

شکل ۵

ونیز قسمتی از فایل خروجی به صورت زیر است:

شکل ۶

فایل ورودی دارای پسوند in می باشد. برای اجرای ابینیت به صورت موازی روی ۱۶ هسته از دستور زیر استفاده میکنیم:

mpirun -np 16 abinit <input.in>  output.out

افرادی که پیش زمینه محاسباتی دارند، مفهوم خطا یا ارور را در محاسبات می داند و معمولا در یک پروژه، خطاهای مختلفی بروز می کند و باید آنها را رفع کرد. یکی از مزیت های نرم افزار ابینیت این است که ارور گیری آن فوق العاده آسان است و تقریبا به هیچ دانشی نیاز ندارد.

راه‌های دیگری نیز برای ساخت فایل ورودی برای ابینیت وجود دارد. یک راه استفاده از نرم‌افزار VNL است. راه دیگر استفاده از نرم‌افزار pwgui ار پکیج کوانتوم اسپرسو می باشد. به جز این روش‌ها روش‌های دیگری نیز وجود دارد. برای ساخت بلورها روش‌های متفاوتی استفاده می شود. از جمله نرم افزارهایی که برای ساخت بلور استفاده می‌شود نرم‌افزار atomsk می باشد. یک فایل بی نهایت مهم در تمام محاسبات حالت جامد که بسیار کمک کننده می باشد‚ فایل cif است. از این فایل‌ها به راحتی می‌توان برای تولید هر ساختاری استفاده کرد. برای تحلیل فایل خروجی ابینیت راه‌های متعددی وجود دارد.

• بعدی