SciMAPS
材 料 設 計 支 援 プ ラ ットフ ォ ーム

delivering science

https://www.molsis.co.jp/

Scienomics社 日本総代理店

株式会社モ ルシス
〒104-0032 東京都中央区八丁堀3-19-9 ジオ八丁堀
Tel: 03-3553-8030 Fax: 03-3553-8031 E-mail: sales@molsis.co.jp https://www.molsis.co.jp/

開発元 Scienomics社ホームページ（http://www.scienomics.com/）もあわせてご覧ください。
※記載の商品名は各社の商標または登録商標です。

※本カタログの仕様は予告なく変更する場合があります。

2021.04最 適 な 材 料 設 計 をお 手元 に 。

SciMAPS
Scienomics Materials And Processes Simulations

SciMAPSが提供する材料設計支援プラットフォーム
SciMAPS（Scienomics Materials And Processes Simulations）は、外部プログラムとの連携を前提とした、拡張性の高い設計

SciMAPSの各機能は、さまざまなシミュレーションに対して分子モデルを構築する構造構築機能（Build）、計算プログラムとそれに思想を持つ材料設計支援プラットフォームです。

対するインターフェースから構成されるプラグインとして提供されるシミュレーション機能（Simulate）、シミュレーション機能により得られた

SciMAPSは量子化学計算からメソスケール計算まで、時間的にも空間的にも異なるさまざまなスケールの計算科学手法に対応データを解析する解析機能（Analyze）、実行したジョブの管理、構造データの入出力、スクリプトを実行など、SciMAPSの根幹としています。SciMAPSには、使いやすいモデル構築機能、データ解析機能が標準装備され、大学や研究機関で開発された世界なるインフラストラクチャ(Infrastructure)からなります。シミュレーション機能のプラグインは分野ごとにまとめられパッケージとして提供的に定評のある先進の計算プログラムを統一された操作で利用できます。

されます。パッケージには量子化学・物理計算（Quantum）、力場計算、メソスケール計算（Classical）､熱力学物性計算、構造活性

SciMAPSが提供するプラットフォーム上では、高分子の物性の推算をはじめ、低分子や高分子の凝集状態や挙動の解析、分子相関（Engineering）の３つがあります。

反応の解析、固体・表面・界面の電子状態の解析等、さまざまな解析が行えます。

基本構造構築機能、解析機能、インフラストラクチャ機能からなる基本環境（赤字）に必要に応じてパッケージを追加することにより、研究に最適な材料設計環境をそろえることができます。

Time scale

熱力学物性計算情報科学

構造構築機能■ 複合構造構築

メソスケール計算μs■ 特定構造構築

SIDPython

EUR

STRUCTRA
I/O
Controlnsps■ Classical（力場計算、メソスケール計算）■ Quantum（量子力学計算）■ Engineering（熱力学物性計算、情報科学）

AN
ALY Z E

量子力学計算nmμm

S c i M A P S の 計算手法 と シ ミ ュレ ーシ ョ ンスケール

SciMAPS p2

シミ ュレ ーシ ョン 機能

Visualize

力場計算ÅTEULAM■ メソ・粗視化モデル構築

INF■ 基本構造構築

BUILsmLength scale

デー タ解 析機能インフラストラクチャ機能■ 基本解析ツール■ Python■ 入出力機能■ 特定物性解析ツール■ ジョブ管理■ 可視化

SciMAPS p3

BUILD

構造構築機能～ユーザの発想をさまざまな構築機能でモデル化～

分子シミュレーションを行うには研究対象となる分子系のモデル化の成否が重要です。近年、シミュレーションの高速化に伴い、より現実系に近いモデル構築が必要になってきています。SciMAPSの構造構築機能は、基本構造構築機能、メソスケール・粗視化モデル構築機能、基本構造を複数組み合わせた複合構造構築機能、架橋構造やカーボンナノチューブを構築する特定構造構築機能の4つからなります。

特定構造構築■ CROSS-LINK BUILDER
LiとStrachanらにより提案された多段階結合生成アプローチ 1）と分子動力学計算を組み合わせた架橋構造構築プログラム。モノマーのみで構成されるアモルファス初期構造から、分子動力学計算を行いながら反応点が近づくと結合を生成させ、架橋構造を作成。

これらの機能を組み合わせることによって、研究対象にマッチした分子モデルを構築します。

■ CARBON NANOTUBE BUILDER
ナノチューブの構造を構築。キラリティ指定、直径の指定、3次元周期境界モデルにも対応。

基 本構造構築

1) C. Li, A. Strachan, Polymer, 51, 6058-6070 (2010)■ SKETCHAER

複合構造構築例

3Dスケッチおよび分子フラグメントによる分子構築。

■ POLYMER BUILDER
重合度と繰り返し単位を指定することでホモ、ブロック、ランダムコポリマーを構築。タクチシチーの指定も可能。

例 １ 界面構造の構築■ CRYSTAL BUILDER
空間群と部分座標を指定することで結晶構造を構築。

■ SURFACE BUILDER

Polymer Builderによる構築例

構築した結晶構造を元にミラー面を指定することで表面構造を作成。

表面構造の切り出し

表面の拡張

メソスケール・粗視化モ デル 構築■ MESOSCALE BUILDER
粗視化分子を登録された粗視化粒子（ビーズ）と3Dスケッチを用いて構築。
Amorpous Builderの機能により層構造へ分子鎖を挿入■ ATOMESO CONVERTER
分子を構成する原子をビーズに対応付けることで、全原子モデルの分子を粗視化モデルに変換するツール。

■ MESOATOM CONVERTER
粗視化モデルを全原子モデルに変換するリバースマッピングの機能。粗視化モデルを構成する各ビーズに対応する全原子モデルのフラグメント構造を指定することで、粗視化モデルから全原子モデルへ変換。

■ MESOPHASE DPD BUILDER

例2

メソスケールの散逸粒子動力学用のモデル構築ツール。ランダム、ラメラ、レイヤー、ベシクル、パーティクル

分子鎖のグラフトしたナノ粒子のバルクモデル（複数のビーズの集合体）などの特定の構造からなる系の作成が可能。

MESOATOM CONVERTERによるリバースマッピング（変換前：上、変換後：下）クラスタ構造の切り出しと水素による終端クラスタ構造の高分子による修飾複合構造構築■ INTERFACE BUILDER
2つの結晶構造から界面のモデルを構築。

■ SURFACE DOCKER
表面モデル上でエネルギー的に安定な分子配座を探索しモデルを作成。

Amorphous Builderによりバルク構造を構築■ AMORPHOUS BUILDER
National Technical University of AthensのDoros Theodorou教授とScienomics社の共同開発によるアルゴリズムCBMC（Configurational Bias Monte Carlo）法を採用した非晶構造構築プログラム。
複雑な分子鎖に対しても、現実に近い密度で自然なモデルを構築することが可能。
高分子電解質膜-水系のアモルファス構造構築例

SciMAPS p4

SciMAPS p5

SIMULATE

シ ミ ュレ ーシ ョ ン 機 能～先進のプログラム群をサポート～

さまざまなスケールの計算手法に対応したプラグインを分野ごとにまとめたパッケージとして提供します。パッケージには量子化学・物理計算（Quantum）、力場計算、メソスケール計算（Classical）､熱力学物性計算、構造活性相関（Engineering）の3つがあります。それぞれの計算分野で定評のある先進のシミュレーションプログラムに対応しています。

C l assica l (分子動力学計算、メソスケール計算 )分子動力学計算プログラム

散逸粒子動力学計算プログラム系を構成する分子モデルの各原子に対して初速度を与え、ニュートンの運動方程式にしたがって系の複数の原子、分子を1つの粗視化粒子（ビーズ）として表現し、ソフトマターをシミュレーションするプログ時間発展を計算します。得ら れた構造変化の履歴から分子の挙動を解析します。一般的なコンラムです。散逸粒子動力学計算では、粒子間に働く力を散逸力、ランダム力、保存力の3つからなるとピュータで数万原子まで取り扱うことが可能ですので、低分子から高分子、液体、固体、界面等の仮定し、粒子間の重なりを許容するため、流体の挙動を表すのに適しています。混合液体の相分

さまざまな系の原子レベルでの挙動の研究に利用可能です。拡散定数など時間発展を考慮する離構造、ミセルの形成、高分子バルクの多形予測、薬物の放出現象等、分子動力学では扱いが必要がある場合に利用します。SciMAPSのサポートするプログラムは、並列化による高速化、遠距離難しいさまざまな流体のシミュレーションを可能にします。

相互作用の高速計算等、最新の手法を多数取り揃えています。

▶ LAMMPS-DPD Plug-in

また、粗視化モデルを構築して粗視化力場を割り付ければ、粗視化分子動力学計算も実行できます。

フラグメント間相互作用計算プログラム■ 主な機能○ 極小化計算

フラグメント間相互作用計算プログラムはMolecular Silverware法による二元混合物の相互作用を○ NVE、NVT、NPTの各種アンサンブル

LAMMPSによる凝集状態の分子動力学シミュレーション○ VDW相互作用計算 カットオフ法

計算します。高分子や液体の熱力学物性や散逸粒子動力学計算の相互作用パラメータの推算に○ クーロン相互作用計算 カットオフ法、PPPM法、PME法、Ewald法利用します。

○ マルチタイムスケール数値積分法（rRESPA法）▶ FHMixinig Plug-in

LAMMPS-DPDによるミセル生成のシミュレーション○ DREIDING、CFF、AMBER、CHARMMの各力場に対応○ SDK、Martini､SAFT-γの各粗視化力場に対応▶ LAMMPS-Atomistic Plug-in▶ GROMACS Plug-in

粗視化パラメータ計算プログラム
全原子で の分子動力学計算で得ら れた構造や原子上に働く力の履歴データを基に、対応する

モンテカルロ計算プログラム

粗視化モデルのビーズ間の相互作用を調べ、粗視化パラメータ計算手法に基づいて相互作用の値を求めます。最終的に得られるビーズ間相互作用の値はテーブル化した数値データポテンシャルとしてモンテカルロ法は、確率的手法を用いて系の状態を出現させることで、系を構成する粒子の分布を出力します。計算手法としては、Iterative Boltzmann Inversion（IBI）法、Force Matching（FM）法求める方法です。分子動力学計算のように時間の概念を考慮できませんが、分子動力学計算ではの2つが用意されています。

取り扱うことの難しい液液、気液平衡などの相平衡状態やゼオライトへの吸着現象の研究に最適な▶ VOTCA Plug-in

プログラムです。また、SciMAPSがサポートするプログラムは、効率の良いコンフォメーションを発生する多数のアルゴリズムを用意し、さまざまな力場関数系に対応しています。

■ 主な機能○ NVE、NVT、NPT、μVT、ギブスの各種アンサンブルに対応○ CBMC法による効率の良いサンプリング手法を搭載○ AMBER、CHARMM、DREIDINGの各力場に対応▶ Chameleon Plug-in▶ Towhee Plug-in▶ CASSANDRA Plug-in

CASSANDRAによるゼオライト中のCO 2の吸着シミュレーション

SciMAPS p6

SciMAPS p7

SIMULATE

Q u a n t u m ( 量子力学計算 )En g i n ee r i n g ( 熱力学 物性計算、情 報科学)

第一原理バンド計算プログラム

熱力学物性推算プログラム

周期境界条件下で密度汎関数法を用いた平面波-擬ポテンシャル法電子状態計算のための量子力

状態方程式の統計会合流体理論Statistical Associating Fluid Theory(SAFT) 1）およびその派生学計算プログラムです。時間依存DFT法やGW法、PAW法等、密度汎関数法のさまざまな技術にであるPC-SAF T 2）、ePC-SAF T 3）を利用して熱力学物性を推算するプログラムです。ポリマー、より、バンド構造、状態密度、構造（結合長、結合角、プリミティブセルのサイズと形状等）、凝集エネ

コポリマー、電解質等からなる混合物の物性値および相平衡を推算することができます。気液、液液、ルギー、誘電特性、振動特性等の計算が可能です。金属、セラミックス、半導体等の固体、表面、界面固液平衡、エネルギー（ギブスエネルギー、ヘルムホルツエネルギー）、エンタルピー、エントロピー、等温圧縮率、の研究に最適です。

熱膨張係数、ジュールトムソン係数、音速、断熱体積弾性率等の物性を推算することができます。

▶ Quantum Espresso Plug-in▶ ABINIT Plug-in▶ VASP Interface▶ SciTherm
1) S. H. Huang , M. Radosz, Ind. Eng. Chem. Res., 29, 2284-2294 (1990)
2) J. Gross, G. Sadowski, Ind. Eng. Chem. Res., 40, 1244-1260 (2001)
3) C. Held, L. F. Cameretti, G. Sadowski, Fluid Phase Equilib., 270, 87-96 (2008)

Quantum Espressoによる不均一
Ziegler-Natta触媒の表面反応解析

量子化学計算プログラム
非周期境界条件下での量子力学計算プログラムです。HF、MP2、DFT、時間依存DFT、CC法等

薬物溶解度推算プログラムの計算手法に加え、さまざまな基底関数を選択できますので、ユーザの必要に応じた精度での計算

PC-SAFT法により複数の純溶媒もしくは混合溶媒に対する薬品の溶解度を計算するためのインターが可能です。電子状態、分子構造（結合距離、結合角、二面角等）、各種スペクトル（赤外、ラマン、フェースです。

可視紫外）等の物性や反応経路におけるエネルギー（遷移状態、エネルギー障壁）の推算に最適です。

▶ SciPharma▶ NWCHEM Plug-in

SciThermインターフェース▶ TURBOMOLE Interface

構造活性相関プログラム
半経験的分子軌道法計算プログラム
NDDO近似に基づき、実験値を再現するように決められた経験的なパラメータを用いることによって、計算コストをかけずに精度の高い計算を可能にしたプログラムです。非経験的分子軌道法では扱うことのできない大きな分子に対しても非常に高速に計算でき、低分子から数百原子程度の比較的大きな分子までの分子構造や物性の予測に適しています。
▶ MOPAC Interface▶ MNDO Plug-in

反応に伴うエネルギー変化と分子軌道さまざまな物理化学的情報（記述子）と実験値（活性値）との間の相関モデルを構築することのできるプログラムです。複数の記述子の線形和で表される主成分軸を用いたPLS回帰や記述子を自動的に取捨選択する遺伝的アルゴリズムを利用することで、相関モデルを構築することができます。構築した相関モデルにより新規の分子系に対する実験値の予測を行うことを可能にします。GUI上から利用できる記述子計算プログラムとして、PadelとalvaDescの２つがあります。
▶ QSAR Plug-in▶ ALVADESC DESCRIPTORS

遷移状態探索プログラム
量子化学計算で得られるエネルギー表面上の遷移状態を探索するツールです。各量子力学計算プログ
ラムで計算されたエネルギーおよびその一次微分の情報を使って、LST(Linear Synchronous Transit)
法、QST(Quadratic Synchronous Transit)法およびNEB(Nudged Elastic Band)法が利用できます。
▶ TRANSITION STATE LOCATORQSARインターフェースSciMAPS p8

SciMAPS p9

ANALYZE

データ解析機能～シミュレーションデータを共通のツールで解析～

VISCOSITY ANALYSIS
分子動力学シミュレーションの結果から応力の自己相関関数のアンサンブル平均を求め、Green-Kubo法によりゼロせん断粘度を計算します。

SciMAPSは、シミュレーションプログラムによらずスケールや手法に応じた共通のデータ形式でシミュレーションデータを読み込みます。共通形式のデータは解析ツールにより可視化されます。物性解析をする上でシミュレーションプログラムと連携して計算を行うことがあります。このような

THERMODYNAMIC ANALYSIS
分子に対して基準振動解析を行った結果から、温度または圧力の関数としてエンタルピー、エントロピー、熱容量、およびヘルムホルツエネルギーをプロットします。

物性解析は、特定物性解析ツールとして提供されます。

基 本解 析ツ ール
TRAJECTORY ANALYSIS
分子シミュレーションの履歴から得られるデータを解析するツールです。
平均二乗変位からの拡散係数計算、二体分布関数、回転半径、角度、二面角分布、INFRASTRUCTURE

自由体積、自由表面等、系の特性を解析します。得られた２つのプロパティをそれぞれX軸、Y軸に取ることで相関関数を計算することも可能です。

VISUAL PROPERTY ANALYSIS

イン フ ラスト ラ ク チ ャ 機 能

分子軌道、電子密度、静電ポテンシャル等の等値面の視覚化、基準振動解析の結果～根幹を支える機能～のアニメーション表示や矢印による振動モードの表示等、得られた物性値の視覚化のためのツールです。付随して得られる物性値（状態密度、バンド構造、フォノン、IR/RAMANスペクトル、NMRスペクトル、誘電特性、光学特性）については同時にグラフ表示します。

さまざまな入出力ファイルのサポート

MAPS INSPECTOR

SciMAPS上の構造情報はPythonスクリプトを経由してユーザの指定した形でファイルに出力することができますので、SciMAPS上で構築した構造を他の分子構造やシミュレーション結果を比較、分析する多目的ツールです。列の非表示や行の原子タイプ別に表示した動径分布関数シミュレーションプログラムの入力として利用できます。また、シミュレーションの出力結果もスクリプトを経由してSciMAPS上に読み込めるようになっていますので、SciMAPSがサポートしているシミュレーションプログラムと同様に履歴ファイルの解析が可能です。

フィルタリングをすることで、特定のプロパティを持つ分子や原子グループの選択を可能にします。選択した原子、分子のみ表示することで特定の構造を調べることが可能です。

DENSITY PROFILE ANALYSISPOROSITY ANALYSIS

ジョブマネージャ

X、Y､Zの軸方向、円筒方向、原点からの動径方向の分子の密度プロファイルを計算

結晶およびアモルファス周期系の空隙を分析します。 細孔とチャジョブの実行、実行状況のモニタリング、強制終了を行うことができます（リモートジョブし、グラフ化します。

ネルを特定し、最大細孔径と細孔径分布を計算します。

を含む）。特殊な条件設定に対応できるよう入力ファイルの編集・実行機能も搭載しています。リモート設定のチェック機能などリモートジョブを実行するのに便利な機能も搭載しています。

特定物性 解 析ツ ール

ジョブ管理インターフェース

PythonスクリプトREAXFF ANSLYSIS

SciMAPSでは、ほとんどのGUI機能をPythonスクリプトで実行することができます。これらのGUI機能を組み合わせて自動実行できるよう、SciMAPSには結合の生成、開裂を取り扱うよう設計された力場ReaxFFとL AMMPSを利用してPythonスクリプトを編集し実行するためのスクリプト機能を搭載しています。この機能を利用すると、同一の設定で多数の計算を実行したり、異なる計算手法を得られた計算結果を解析するツールです。シミュレーション中に生成、分解する分子種組み合わせた計算手順を自動実行するなど、GUIでは煩雑になる作業を大幅に効率化することができます。

を解析し、その分子種の数の時間変化をグラフ化します。また、どのような反応が何回シミュレーション中に起こったかをグラフにすることで、反応中間体や反応経路に対する知見が得られます。燃焼、酸化、重合などの反応シミュレーションの結果を分析して、温度、圧力、組成などのさまざまな因子の影響を調べることができます。

ELASTIC PROPERTIES ANALYSIS

サ ポ ートプ ラ ットフ ォ ーム

L AMMPSを使用した分子動力学シミュレーションの結果から、応力/ひずみ曲線を調べ、高分子や固体のヤング率とポアソン比を計算するツールです。

SciMAPS関連製品は次の環境でご利用いただけます。詳細はお問い合わせください。
■ Windows■ Red Hat Enterprise Linux■ SUSE Linux Enterprise Server

ReaxFFによる表面反応のモデル（上）と分子種の数の変化（下）SciMAPS p10

SciMAPS p11