WINGAMESSで量子化学計算(2)

なんかすげー空いちゃいましたがヤル気だけは有るんですよ。

さて，初心者向けと一応銘打ってはいるので初めの一歩から。
まず何をしようか。なんかの分子を構造最適化(*1)して振動数計算(*2)して
分子のHOMO，LUMO(*3)でも見てワーイしましょうか。
ワーイとか書いてる時点でおわかりかと思いますが量子化学のとこをすっ飛ばして書いてたりします。出来る限り解説は書いていきますが間違ってることとか書いてるかもしれません。お気づきの方はご指摘ください。

これをやるために何をするか。
(1)計算したい分子を考える。何を当たり前のことをとか思うでしょうけど重要よ，これ。
(2)分子のモデリング(WinmostarやFacioなんやらのソフトを使いましょう，全手書きでもいいですが)
(3)インプットファイルをいじりましょう(先程のソフトの入力支援も使いましょう)
(4)Wingamessなんやらで計算しましょう
(5)出た結果をWinmostarやらで可視化しましょう。

使用するソフトについて

Winmostar:とにかく軽いしモデリングから計算，結果の可視化まで使える便利なソフト。Z-matrix(*4)がちゃんと分かっているならそれを入力しながらちまちまやって行くところですが，わからない人はとにかく炭素をグジグジつなげて終わってから「クリーン」機能を使って大雑把に整えて計算し始めちゃう感じで。本当はちゃんと初期構造をしっかりと考えてから始めないとつまることも有るのですがとにかくやってみたいという人には便利なソフト。モデリングした後の入力ファイル用のパラメータ指定もできるので便利。

入手先はこちら
http://winmostar.com/index.html
YouTube上の動画マニュアルはこちら
http://www.youtube.com/results?search_query=winmostar&aq=f

Facio:これもまたモデリングから計算，可視化まで使えるソフト。こいつのモデリング機能は分子に水素をつなげて，必要ならその分子をメチル基なんやらに変更してさらに伸ばしていくイメージ。
大量のテンプレートファイルが付いているのでそれを利用するとらくちん。
こいつも計算時のパラメータ指定の入力支援機能付き。

入手先はこちら
http://www1.bbiq.jp/zzzfelis/Facio_Jp.html

WinGAMESS:第1原理量子計算ソフト。これがないと始まらない。要はモデリングした分子の原子一つ一つについて波動関数を数値計算的に解くことでそれに基づいた構造最適化や熱的振動の計算とか分子軌道のエネルギーとかを調べる用途に用いる。

入手先はこちら
http://www.msg.chem.iastate.edu/gamess/
トップページ→Howtogetgamess→Obtaining gamess→forMicrosoftWindowsてやつを選んでSubmit Request(forLinuxとかなんやらはほとんどソースコードです。Linux上でコンパイルしたいというかたはそちらを)→メールアドレスなんやらを入れて→メールが届いたら中に書いてあるアドレスをクリック。
.msiファイルをダウンロードしたら実行してインストール。
多分Cドライブの直下に入るはず。


てか，wingamessでググったら妙に上の方に出てきててビビった。
いや，中身もない上に更新も少ないこんなクソブログを上の方に出さなくても……

Macmolplt:可視化のみのソフト。軌道の描画が結構きれいなので好き。

入手先はこちら
http://www.scl.ameslab.gov/MacMolPlt/

とりあえず準備はここまで。次回はモデリングの話になるかしら。


(*1)構造最適化とはなんらかの初期構造を指定した後，その分子の波動関数を解くことで構造を決定すること。基本的にその後の計算は構造最適化した後に行う。
(*2)水などの分子は赤外線やらが当たるとその分子がそのエネルギーを受けてばねのように伸縮する。その際に分子の構造によって吸収する波長が異なってくるため分子の同定なんやらに使ったりする。ここまでの話は分子が光を受け取っても分子にエネルギーを与えない弾性散乱の場合で，分子がエネルギーを受け取ってしまう非弾性散乱の場合にはその後その分子をかすめて透過した光の波長はそのエネルギー分波長が長くなっている。このような入射した光と異なった波長が出てきたときの光をラマン散乱光と言い，それを分析することで分子構造に関する情報を得ることができる。
(*3)The Highest Occupied Molecular Orbital(HOMO)とThe Lowest Unoccupied Molecular Orbital(LUMO)のこと。分子軌道の中で電子が詰まっている軌道の中で一番上のものと，電子が詰まっていない一番下のもののこと。フロンティア軌道とも呼ばれる。分子が反応する際にこれらの軌道が絡みあって電子のやりとりを経て結合をつくると考えるとするとこれらのエネルギーや軌道の形が結構重要となる。有機半導体FETにおいてはこれらのエネルギーの大きさによってn型で動作するかp型で動作するか決まる。
(*4)Z-matrixってのは分子の座標を決める際，相対的に指定していく方法。
最初にどれかの原子を原点として，次に原子を追加したときその座標は原点原子からの距離と角度によって決めるものである。次に追加したときはさらにそれらからの距離と角度といった具合。ぶっちゃけ，良く解らん。

WINGAMESSで量子化学計算（１）

今日もやってまいりました。趣味で量子計算のコーナー
って今回が一回目。

まずは必要なプログラムの紹介。

計算プログラム：WINGAMESS
モデリング、及び可視化プログラムWinmmostar
可視化プログラムはMacMolPltというのもあります。軌道の描画が美しいのでオヌヌメ。

基本的な計算方法として
1.Winmmostarを使ってモデリング、そこから入力ファイルの手修正
2.WINGAMESSで計算を行ない
3.可視化させて結果の評価。入力ファイルをさらに修正して1に戻る。
4.必要な分子軌道の描画、軌道エネルギーの値の評価なんかを行う。

今後の予定としては

・NMR計算を行い、化学シフトとNICS値の評価。
　これは結構ぐぐれば簡単に情報がでてきます。

・有機半導体を2分子置いて交換積分を計算し、Tight-Binding近似も交えてバンド構造を描く。
　これは少なくとも日本語のwebサイトでやってるところはないと思われる。
一応私の専門こっちだし。
　つってもまともに出来るか分からないなぁ。参考にできる文献を探してこなくっちゃ。

次はWINGAMESSじゃない別のプログラムで
・PWscfなんかの表面波基底を使ったプログラムで固体の電子状態計算なんかができれば。
　これはちょっと遠すぎる目標かも。


こういった計算プログラムが今後自分の武器として使えるようにしてみたい。
それがモチベーション。なるたけ、初心者が始めやすいような記事を書いてみようと思う。