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事例紹介

Exabyte.io

有機EL

孤立分子の吸収スペクトル計算

ここでは孤立分子の吸収スペクトルを時間依存密度汎関数法(TDDFT)で計算する方法を説明します。例としてベンゼン分子を用います。

1.計算モデル作成

分子のモデリングは弊社で作成したMI-nanosysを併用することで作成可能です。MI-nanosysはExabyte.ioのアカウントで使え、さらに無料で使用することができます(図1)。

MI-nanosysを用いた分子モデリング

図1 MI-nanosysを用いた分子モデリング

MI-nanosysから作成したモデルをExabyte.ioのMATERIALSに転送します。

MI-nanosysよりExabyte.ioへモデルの転送

図2 MI-nanosysよりExabyte.ioへモデルの転送

2.TDDFTの実行

TDDFTを用いた孤立分子の吸収スペクトルの計算はturbo_lanczos.xおよびturbo_spectrum.xを用いて実行します。TDDFTの計算条件は以下の通りです。

表1 TDDFTの計算条件
項目 詳細
擬ポテンシャル C_ONCV_PBE_sr.upf
H_ONCV_PBE_sr.upf
カットオフ 波動関数 40 Ry
カットオフ 電子密度 160 Ry
k点 scf:4×4×4
収束閾値 10-10

図3にTDDFTを用いたベンゼン分子の吸収スペクトルの計算結果を示します。計算結果は実験結果[1]と非常によく一致していることが確認できています。

吸収スペクトルの計算結果

図3 吸収スペクトルの計算結果

3.TDDFTのワークフローについて

Quantum EspressoのTDDFTで吸収スペクトルを計算するためのワークフロー(図4)と詳細情報(表2)を示します。

TDDFT計算のワークフロー

図4 TDDFT計算のワークフロー

表2 TDDFTのワークフロー情報
項目 説明
ワークフロー名 absorption_spectrum_for_molecule(QE6.3)
制限事項 孤立系のみ
フロー内容
pw
tddft
mk_script
plot_graph
SCF計算のフロー
TDDFT計算のフロー
グラフ描画のスクリプト作成フロー
グラフ描画のスクリプト実行フロー
出力ファイル
spectrum.csv
spectrum.png
グラフデータのCSV出力
吸収スペクトルのグラフ

また、グラフ出力のエネルギー範囲およびエネルギー単位はplot_graphフロー中に入力することで設定可能です(図5)。

グラフ描画実行フローplot_graph中のエネルギー範囲のおよび単位の入力

図5 グラフ描画実行フローplot_graph中のエネルギー範囲のおよび単位の入力。Eminがエネルギー下限値、Emaxがエネルギー上限値、unitが使用単位(eV or nm)に対応

TDDFTのワークフローはBankから「absorption_spectrum_for_molecule(QE6.3)」を取得してご利用ください。

4.計算時間とコスト

最後に本計算の実施にかかった計算時間とコストを表3に示します。

表3 TDDFTを用いた吸収スペクトルの計算時間とコスト(セービングノードを使用)
分子 計算時間 金額 コア数
C6H6 約7分 $ 0.1 36

参考文献

  1. Renfei Feng, Glyn Cooper and C.E Brion, "Dipole (e,e) spectroscopic studies of benzene: quantitative photoabsorption in the UV, VUV and soft X-ray regions", J. Electron. Spectros. Relat. Phenomena, 123, 199-209 (2002)