チュートリアル

LAMMPS/Gromacs
電解液系
V11.3.0
2022年10月1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
•

リチウムイオンの電解液として使われる、LiBF4の炭酸プロピレン（PC）溶液のMD計算を実施し、各成分の自己拡散係数を算出します。
①-I.
平衡化計算
エネルギー極小化

①-Il.
平衡化計算
温度一定MD①-Ill.
平衡化計算
温度・圧力一定MD②
本計算
温度・圧力一定MD

結果の解析

注意点：
•

イオン溶液のMD計算においては、力場・電荷の経験的なチューニングを行わないと実験から得られたイオン伝導度を再現しない場合があります。例えばPF6-イオンをDreidingで計算すると平衡構造が大きく実験値から崩れるので注意が必要です。そのようなケースでは力場の自動編集チュートリアルを参考にしてください。

•本チュートリアルでは実施時間を短縮するため、分子数が少なく、かつ平衡化計算のステップ数を短めに設定しています。各分子の電荷割り当て前に量子化学計算による構造最適化も省略しています。

•分子の種類、初期密度に応じて平衡化に必要なステップ数は変化します。

•“本計算”のステップ数が大きいほど、再現性が良く、信頼性の高い結果を取得することができます。
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動作環境設定•

本機能を用いるためにはCygwinとGAMESSのセットアップが必要です。LAMMPSを用いるためにはLAMMPSのセットアップが必要です。

•

https://winmostar.com/jp/installation/インストール方法のWindows用のGAMESS、LAMMPSとCygwinの設定手順に従います。

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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。

ファイルモードの操作方法はV10のチュートリアルを参照してください。

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（PC）

基本的な操作方法はLAMMPS基礎編チュートリアルまたはGromacs基礎編チュートリアルを参照してください。
1. ファイル｜新規プロジェクトをクリックし、プロジェクト名に「lib_electrolyte」と入力して保存をクリックします。
2. ツールバーの（構造式をインポート）をクリックし、下図のような分子を作成したらOKをクリックします。

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I.
1.

系のモデリング（PC）
自動で電荷を割り当てをクリックし「全てのMethodを」を「RESP」に変更しOKをクリックします。「正常に電荷が割り当てられました」と表示されたらOKをクリックします。
– 必要に応じて電荷を割り当てる前にGAMESSを用いて構造最適化計算を実施します。

2.

ファイルをエクスポートをクリックし、「PC_resp.mol2」として保存します。

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I.

系のモデリング（BF4ｰ）

1. 編集｜構造をリセットをクリックし、フラグメントで「-CH3」を選択しReplaceをクリックしメタンを作成します。
2. メタンをShift＋クリックし、グループ選択された状態にします。
3. いずれかの原子を右クリックし元素を選んで変更｜F 9をクリックします。
4. 原子のないところをクリックしてグループ選択を解除します。
5. 中央の原子を右クリックし原子を選んで変更｜B 5をクリックします。

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I.

系のモデリング（BF4ｰ）

1.

簡易構造最適化をクリックします。

2.

3.

自動で電荷を割り当てをクリックし「全てのMethodを」を「RESP」に変更し1stcomponentのChargeを「-1」に変更してOKをクリックします。「正常に電荷が割り当てられました」と表示されたらOKをクリックします。
ファイルをエクスポートをクリックし、「BF4_resp.mol2」として保存します。
– イオンの電荷の絶対値を変更したい場合（例えばBF4-全体で-0.75にする、など）は、一旦上の手順で割り当てた後選択｜すべてをグループ選択をクリックし、編集｜原子の属性を変更｜電荷/スピンを変更をクリックし、Scaleにチェックをいれその右に倍率を入力しOKをクリックします。

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I.

系のモデリング（Li+）

1. 編集｜構造をリセットをクリックし、と聞かれたらはいをクリックします。

原子を削除をクリックします。「Are you sure…」

2. 原子を右クリックし元素を選んで変更｜Li 3をクリックします。
3. 再び原子を右クリックし電荷/スピンを変更をクリックします。
4. Overwriteの右に「1」と入力しOKをクリックします。
– イオンの電荷の絶対値を変更したい場合はその値を入力します。
5.

ファイルをエクスポートをクリックし、「Li.mol2」として保存します。

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10I.

系のモデリング（液相の作成）

1.

溶媒を配置/セルを構築をクリックします。

2. Add File…(mol2,wmm,etc.)をクリックし、P. 7で保存したPC_resp.mol2を選択し、Enter # of moleculesで「100」と入力しOKをクリックします。
3. 同様の手順でBF_resp.mol2を10分子、Li.mol2を10分子追加します。
4. Set Densityの値を「1.0」に変更しBuildをクリックします。

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II. 計算の実行（平衡化）
1. ソルバで「LAMMPS」または「Gromacs」を選択し、 (ワークフロー設定) をクリックします。そして(一般)を「Dreiding」に変更し、 OKをクリックします。
2. 計算精度を落として計算を早く終了させたい場合は1stPrecisionを「Low」に変更します。

job、2ndjob、3rdjobの

3. 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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VII.計算の実行（本計算）
1. work3の作業フォルダの状態がENDまたはEND(-)に変化したら、をクリックします。

（ワークフロー設定）

2. 「継続ジョブを実行しますか？…」と表示されたらはいをクリックします。
3. work3_LMP_NPTまたはwork3_GMX_NPTを選択しOKをクリックします。
4. Presetを「Fluid/Amorphous NPT Production」に変更します。
5. Simulation timeを「500」に変更し、OKをクリックします。
6. 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「Low」、Simulation timeを「50」に変更します。
7. 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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VI.結果解析
1. work4の作業フォルダの状態がENDに変化したら、work4_LMP_NPTまたはwork4_GMX_NPTをクリックしてからアクションのDiffusion Constant/MSDをクリックします。リモートジョブの場合は先にReceive all remote output filesをクリックし出力ファイルを取得します。
2. Target Groupで自己拡散係数を出したい項目（LAMMPSの場合はMOL01_C4H6O3→PC、MOL02_BF4→BF4、MOL03_Li→Li、Gromacsの場合はMOL01→PC、MOL02→BF4、LI→Li）を選択しDrawをクリックします。
– Nernst-Einsteinの式を使うとDiffusion Constantからイオン伝導度の見積が可能です。

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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、基礎編チュートリアルについてはWinmostar基礎講習会
へご登録、基礎編以外のチュートリアルについては個別講習会のご依頼をご検討ください。

•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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