xTAPPとOpenMX:(1)入力ファイル比較

DFTの研究では平面波基底のコードが圧倒的に多いです。その差別化の意味でも、これまで研究では原子基底(局在基底)を用いるOpenMXをメインで使っておりました。OpenMXではコードの改造パッチ等も作っておりますし、今後も利用を続けていくつもりです。

一方で、MDのポテンシャルを作るというもう一つの研究において、コード毎に算出されるエネルギーや力の差はどの程度あるのか、自分でも検証してみたいと思い、平面波コードを色々と試しておりました。その中でも、やはり開発者の先生と交流があり相談もできるものが良いという点から、国産の平面波コードのうちxTAPPを最近は利用しています。

ここでは、xTAPPの利用に関する個人的なメモを纏めます。OpenMXと比較することで、原子基底と平面波基底コードの違いを認識出来ればと思います。

入力項目

OpenMXとxTAPPの入力ファイルにおいて、記述が必要なものを以下に纏めます。記述が必要な場合には入力項目名を記しています。xTAPPはFORTRANのNAMELIST形式ですので、group.variableの形式でピリオドで結んで記載します。

入力ファイルの例

OpenMXの場合

OpenMXの入力ファイルにはテキスト形式で以下の様に入力します。各行のシャープ以降はコメントととして扱われます。

#
#      File Name
#

System.CurrrentDirectory         ./    # default=./
System.Name                      Ar2   # becomes output filename
DATA.PATH                        ../DFT_DATA13    # relative path to PAO and VPS
level.of.stdout                   1    # default=1 (1-3)
level.of.fileout                  0    # default=1 (1-3)

#
# restart using a restart file, *.rst
#

scf.restart                      off    # on|off,default=off

#
# Definition of Atomic Species
#

Species.Number       1
<Definition.of.Atomic.Species
   Ar     Ar9.0-s3p3d2    Ar_PBE13     # Species, orbital, pseudo-potential 
Definition.of.Atomic.Species>

#
# Atoms
#

Atoms.Number    2
Atoms.SpeciesAndCoordinates.Unit   Ang # Ang|AU
<Atoms.SpeciesAndCoordinates
      1     Ar    0.00000    10.0000    10.0000    4 4
      2     Ar    2.0        10.0000    10.0000    4 4
Atoms.SpeciesAndCoordinates>
Atoms.UnitVectors.Unit             Ang #  Ang|AU
<Atoms.UnitVectors
    30.000000000    0.00000000    0.00000000
     0.00000000   30.000000000    0.00000000
     0.00000000    0.00000000   30.0000000000
Atoms.UnitVectors>

#
# SCF or Electronic System
#

scf.XcType                 GGA-PBE     # LDA|LSDA-CA|LSDA-PW|GGA-PBE
scf.SpinPolarization       on         # On|Off
scf.ElectronicTemperature  300.0       # default=300 (K)
scf.energycutoff           300.0       # default=150 (Ry)
#scf.Ngrid                 200 200 200
scf.maxIter                160         # default=40
scf.EigenvalueSolver       cluster    # Recursion|Cluster|Band
scf.lapack.dste            dstedc      # dstegr|dstedc|dstevx, default=dstegr
scf.eigen.lib              elpa1       # elpa1|scalapack|lapack
scf.Kgrid                  1 1 1       # means 4x4x4
scf.Mixing.Type            rmm-diisk   # Simple|Rmm-Diis|Gr-Pulay
scf.Init.Mixing.Weight     0.30        # default=0.30
scf.Min.Mixing.Weight      0.001       # default=0.001
scf.Max.Mixing.Weight      0.400       # default=0.40
scf.Mixing.History          20         # default=5
scf.Mixing.StartPulay       5          # default=6
scf.Mixing.EveryPulay       1          # default=5
scf.criterion              1.0e-7       # default=1.0e-6 (Hartree)
scf.ProExpn.VNA             off       # default=on
scf.system.charge           0.0
scf.stress.tensor    off

#
# MD or Geometry Optimization
#

MD.Type                  nomd  # Nomd|Opt|EF|BFGS|RF|DIIS|NVE|NVT_VS|NVT_NH|OptC1-5|RFC5
MD.maxIter               1     # default=1
#MD.TimeStep             1.0   # default=0.5 (fs)
#MD.Opt.criterion        1.0e-4  # default=1.0e-4 (Hartree/bohr)

拡張子は.datとするのが推奨仕様の模様です。

xTAPPの場合

xTAPPの入力ファイルにはテキスト形式で以下の様に入力します。

# file map data
&filemap
 basename = 'Ar2',
 number_PP_file = 1
/
 ps-Ar ps-Ar.ichr

# main data
 &TAPPINPUT
 LATTICE_FACTOR = 40.0,
 LATTICE_LIST = 1.0,  0.0,  0.0,
   0.0, 1.0, 0.0,
   0.0, 0.0, 1.0,
 CUTOFF_WAVE_FUNCTION = 3.8,
 XTRAP_BETA = 0.8,
 NUMBER_ELEMENT = 1,
 NUMBER_ATOM = 2,
 NUMBER_BAND = 16,
 ELEC_KBT = 1.0E-004,
 STORE_WFN = 1,
 SCF_CONVERGE = 1.0E-014,
 SCF_CONVERGE_ENERGY = 1.0E-008,
 SCF_NUMBER_ITER_1ST = 50,
 SCF_NUMBER_ITER = 10,
 CONTROL_UPTIME = 3600.0,
 XC_TYPE = "PBE"
 /
# symmetry data
 &SYMMETRY
 SYMMETRY_FORMAT = "reciprocal",
 NUMBER_SYM_OP = 1
 /
    1  0  0    0  1  0    0  0  1     0  0  0 ! rg(3,3), pg(3)
# atom data
   8.0 18.0 ! zo, zn
     1  0.00000000000E+00  0.00000000000E+00  0.00000000000E+00 ! atom_kind, pos_a, pos_b, pos_c (in lattice coordiate)
     1  0.01415094339622641509433962264151  0.0     0.0
# k-points data
 &SMPL_KPT
 DOS_MODE = "COS",   !COS or FERMI
 DOS_BAND_LOWER = 1,
 DOS_BAND_UPPER = 8,
 DOS_MESH = 2,  2,  2,
 BZ_MESH = 2,
 BZ_NUMBER_TILE = 1,
 CUTOFF_DOS_COS = 30.0
 /
     2     2     2
     2     2     2
# struct_opt data
 &STRUCT_OPT
 CONVERGE_ENERGY = 1.0E-008,
 CONVERGE_FORCE = 1.0E-003,
 SEARCH_1D_FRATIO = 0.1,
 DISPLACEMENT_MAX = 0.5,
 NUMBER_CYCLE = 0
 REFRESH_CYCLE = 10,
 SEARCH_1D_MAX_STEP = 5
 /
# str_opt_constr data
  1
  0
#

シャープで始まる行はコメント文ではなく、入力項目のセクション名ですので、正しい記入が必要です。以下の様なデータ構造になっており、セクションの中に、FORTRANのNAMELISTとその他の列挙データ(擬ポテンシャルファイル名、原子座標、対称性など)があります。

#セクション名
$namelist_group
  namelist_variable = value
  ...
  namelist_variable = value
  /
  その他の列挙項目
#次のセクション名
...

NAMELISTの仕様を満たすように記述しなければファイル読み込みエラーになります。私自身もNAMELISTの仕様を完全には頭に入っていないのでよく間違えて読み込みエラーになります(かつてはFORTRANでコードを書いていた時期もありましたがその時もNAMELISTではなく自身で文字列解析させていたこともあり)。&で始まる文字がグループ名になり、それ以降が変数になります。グループの終了は/の文字になります。変数の値として文字列を与えたい時はダブルクォーテーションでくくることが推奨されます。

拡張子は.cgとするのが推奨仕様の模様です。ただし、実際の入力はFORTRANのファイル番号10番のファイルを読み込むので、ジョブ投入時にはfort.10というファイル名にリネームorコピーして実行することになります。