チュートリアル

Quantum ESPRESSO
ハイブリッド汎関数
V11.3.0
2023年11月27日

株式会社クロスアビリティ

Copyright 2008-2023 X-Ability Co., Ltd.

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本書について•本書はWinmostar V11の使用例を示すチュートリアルです。

•初めてWinmostar V11をお使いになる方はビギナーズマニュアルを参照してください。

•各機能の詳細を調べたい方はユーザマニュアルを参照してください。

•

本書の内容の実習を希望される方は、講習会を受講ください。
– Winmostar導入講習会：基礎編チュートリアルの操作方法のみ紹介します。

– Winmostar基礎講習会：理論的な背景、結果の解釈の解説、基礎編チュートリアルの操作方法、基礎編以外のチュートリアルの一部の操作方法を紹介します。
– 個別講習会：ご希望に応じて講習内容を自由にカスタマイズして頂けます。
•

本書の内容通りに操作が進まない場合は、まずよくある質問を参照してください。

•

よくある質問で解決しない場合は、情報の蓄積・管理のため、お問合せフォームに、不具合の再現方法とその時に生成されたファイルを添付しご連絡ください。

•本書の著作権は株式会社クロスアビリティが有します。株式会社クロスアビリティの許諾なく、いかなる形態での内容のコピー、複製を禁じます。
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概要
•

本書ではSi結晶について、ハイブリッド汎関数の一つであるHSE06汎関数を用いた計算を実行する手順を示します。

注意点：•

Quantum ESPRESSO本体およびWinmostarにおいて、ハイブリッド汎関数を使わない場合の一般的な手順でのバンド構造・状態密度の取得は、ハイブリッド汎関数使用時に利用できません。取得したい場合はSCF計算の結果ファイルを用いて外部プログラムを利用する必要があります。

•k点の取り方、擬ポテンシャルの種類、カットオフエネルギーは計算結果に影響を与えます。
本チュートリアルではすぐに結果を取得できるよう、精度を落とした設定を用います。

•Quantum ESPRESSOの計算方法及び計算設定内容の詳しい説明は、次の弊社記事をご覧ください。https://qiita.com/xa_member

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動作環境設定•

Winmostar V11.5.0以降を利用しかつ64bit環境をご利用の方は、CygwinWM 2023/04/05バージョン以降をインストール、環境設定してください。
–•

2023/04/05バージョン以降のCygwinWMには推奨バージョンの64bit版Quantum ESPRESSOが同梱されています。

上記に該当しない場合、または推奨バージョン以外のQuantumESPRESSOを利用したい方は、別途Windows版Quantum ESPRESSOのインストールと環境設定が必要です。

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Winmostar V11の動作モード
V11にはプロジェクトモードとファイルモードの2つの動作モードが用意されています。
本書ではプロジェクトモードでの操作方法を解説します。

プロジェクトモード V11新機能
ユーザは個々のファイルを意識することなくジョブを管理できます。
基本的にこのモードを推奨します。
ファイルモード
ユーザは個々のファイルを明示的に作成、管理します。操作方法はV10以前と一緒です。

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I. 系のモデリング•

基本的な操作方法はQE基礎編チュートリアルを参照してください。

•初期構造の作成方法の詳細はWinmostarユーザマニュアル 5.初期構造の作成方法を参照してください。

1. Winmostarを起動し、新規プロジェクト（3次元構造を入力）をクリックします。（すでに起動している場合は先にファイル｜閉じるをクリックします。）
2. プロジェクト名に「si_hse」と入力し保存をクリックします。
3. ファイル｜インポート｜Samplesファイル｜si.cifをクリックします。
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任意のファイルを読み込む場合はこの段階で代わりにファイル｜ファイルをインポートを使います。

4. ファイルをインポートダイアログで破棄して読み込みをクリックします。

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II. 計算の実行
1. ツールバーのソルバからQuantum ESPRESSOを選択し(ワークフロー設定) をクリックします。プリミティブセルに変換するか聞かれたらはいをクリックします。
2. # of bandsを「30% more」、Pseudo fileを「pbe-*rrkj.upf」に変更します。
3. 計算精度を落として計算を早く終了させたい場合はPrecisionを「Extra-low」、K pointsを「Gamma」に変更します。
4. Detailsをクリックします。

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II. 計算の実行
1. Advancedタブに移動し、Use input_dftにチェックを入れ値を「hse」に変更しOKをクリックします。
– HSE06は、PBEに対し交換項の短距離成分にHF交換項を混合させた汎関数のため、前のページでPBEの擬ポテンシャルファイルを選んだ上でこのように設定します。
– その他のハイブリッド汎関数の設定方法はQEのソースコードのModules/funct.f90を参照してください。
– 適宜HF交換項のk点数をnqx1/2/3で設定し精度と計算速度を調整します。
2. OKをクリックし、ジョブの設定ウィンドウで適宜設定した後実行をクリックします。

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III.結果解析

バンドギャップ

1. 作 業 フ ォ ル ダ で work1_QE_SCF の 状 態 が END （ 青 ） に 変 化 し た 後 、 作 業 フ ォ ル ダ でwork1_QE_SCFをクリックしアクションからLog (Extracted) をクリックします。
2. 一番最後の「highest occupied, lowest unoccupied level」の行の2つの値の差からバンドギャップ（7.2932 - 5.9400 = 1.3532 eV）を取得します。
– 本書ではk点やカットオフエネルギーを調整していないのであくまで参考値になりますが、本書の計算ではPBEでの値より（7.0474 - 6.3298 = 0.7176 eV）よりHSEでの値の方が実験値（1.17 eV付近[1]）に近づきました。

PBEで計算した場合[1] http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Tables/Semgap.html
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最後に•

各機能の詳細を調べたい方はユーザマニュアルを参照してください。

ユーザマニュアル

Winmostar 講習会の風景•

本書の内容の 実習を希望され る方は 、Winmostar導入 講習 会 、Winmostar 基礎講習会、または個別講習会の受講をご検討ください。（詳細はP.2）•

本書の内容通りに操作が進まない場合は、まずよくある質問を参照してください。

•

よくある質問で解決しない場合は、情報の蓄積・管理のため、お問合せフォームに、不具合の再現方法とその時に生成されたファイルを添付しご連絡ください。
以上
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