Winmostar V10 チュートリアル GAMESS/Gaussian/NWChem 2量体計算（分散力補正）

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いとはこうい
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1 チュートリアル GAMESS/Gaussian/NWChem 2 量体計算 ( 分散力補正 ) V 年 5 月 20 日株式会社クロスアビリティ 1

2 本書について本書は Winmostar V10 の使用例を示すチュートリアルです初めて Winmostar V10 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ー複製を禁じます 2

3 概要 HF 法や従来の DFT 法 (B3LYP PBE など ) では van der Waals 力や π-π 相互作用などの分散力 ( いわゆる弱い相互作用 ) を取り扱うことはできませんこの相互作用を計算するためには原子間の距離から分散力補正をする方法 (B3LYP-D3 など ) 改良された DFT 汎関数 (cam-b3lyp M06 系など ) 高精度な 2 次の摂動 (MP2) 法などが必要となります本チュートリアルでは B3LYP-D3 法によるベンゼン 2 量体の計算について説明します 3

4 I. ベンゼン 2 量体モデリング 1. メインウインドウ上部の -C6H5 ボタンをクリックしその右にある Replace ボタンを 1 回クリックしベンゼンを作成する 2. Ctrl を押しながらベンゼン全体をドラッグし全原子をグループ選択する 4

5 I. ベンゼン 2 量体モデリング 1. グループ編集をクリックしグループを並進移動 ( 数値を指定 ) を選択する 2. Move Group ウインドウで Z の欄に 4.0 を入力して OK をクリックする 3. ファイル名前を付けて保存を選択するファイル名を入力 ( 例えば c6h6 ) ファイルの種類は XYZ File (*.xyz) を選択して保存をクリックする 5

6 I. ベンゼン 2 量体モデリング 1. 新規ボタンをクリックして初期化する 2. メインウインドウ上部の -C6H5 ボタンをクリックしその右にある Replace ボタンを 1 回クリックしベンゼンを再度作成する 3. ファイル追加読み込みを選択するファイルの種類は XYZ File (*.xyz) を選択ファイル名は c6h6.xyz を指定して開くをクリックする分子表示エリアにベンゼン 2 量体が表示される 6

GAMESS Setup ウインドウの Z-Matrix タブの $ZMAT のチェックを外す ( 全ての原子が結合でつながっていないため ) この計算は 1CPU コアで 1

7 II. B3LYP-D3 構造最適化計算ソルバ一覧で GAMESS を選択した場合 1. GAMESS Setup ウインドウ上部の Easy Setup ボタンをクリックする 2. Easy Setup ウインドウで Hamiltonian では B3LYP(same as Gaussian)-D3 を選択し OK ボタンで閉じる 3. GAMESS Setup ウインドウの Z-Matrix タブの $ZMAT のチェックを外す ( 全ての原子が結合でつながっていないため ) この計算は 1CPU コアで 1 時間程度かかるため使用する計算機の CPU コア数に合わせて NCPUS を指定する Run ボタンをクリックするとファイル保存ダイアログが開くのでファイル名を入力 ( 例えば c6h6_2 ) して保存をクリックする 7

Easy Setup ウインドウで Hamiltonian では B3LYP-D3 を選択し OK ボタンで閉じる 3.

8 II. B3LYP-D3 構造最適化計算ソルバ一覧で Gaussian を選択した場合 1. Gaussian Setup ウインドウ上部の Easy Setup ボタンをクリックする 2. Easy Setup ウインドウで Hamiltonian では B3LYP-D3 を選択し OK ボタンで閉じる 3. Gaussian Setup ウインドウでこの計算は 1CPU コアで 1CPU コアで 1 時間程度かかるため使用する計算機の CPU コア数に合わせて %nprocshared を指定する Run ボタンをクリックするとファイル保存ダイアログが開くのでファイル名を入力 ( 例えば c6h6_2 ) して保存をクリックする 8

II. B3LYP-D3 構造最適化計算ソルバ一覧で NWChem を選択した場合 1.

NWChem Setup ウインドウの Run ボタンをクリックするこの計算は 1CPU コアで 1

9 II. B3LYP-D3 構造最適化計算ソルバ一覧で NWChem を選択した場合 1. NWChem Setup ウインドウ上部の Easy Setup ボタンをクリックする 2. Easy Setup ウインドウで Hamiltonian では B3LYP-D3 を選択し OK ボタンで閉じる 3. NWChem Setup ウインドウの Run ボタンをクリックするこの計算は 1CPU コアで 1 時間程度かかるため使用する計算機の CPU コア数に合わせて Use MPI にチェックを入れその右の欄に値を入れるファイル保存ダイアログが開くのでファイル名を入力 ( 例えば c6h6_2 ) して保存をクリックする 9

Animation ウインドウのをクリックしてアニメーションを再生し最後の最適化構造を表示する 3.

10 III.B3LYP-D3 計算結果 1. 計算終了後メインウインドウ上部の ( アニメーション ) 構造最適化をクリックするダイアログが開くのでデフォルトで選択されるファイルを開く 2. Animation ウインドウのをクリックしてアニメーションを再生し最後の最適化構造を表示する 3. ベンゼン環を上から見て重なる位置にある炭素原子 2 つを続けてクリックしてベンゼン 2 量体の平面の距離となる Length の値を調べる 2 層間距離の変化に対するエネルギーの変化が非常に小さくソルバごとに異なる収束判定条件が適用されるためソルバによって結果は多少異なるが 3.7~3.8A で安定な構造になることを確認する

11 IV.B3LYP と B3LYP-D3 の比較 Hamiltonian を B3LYP に変更して同様の計算を行うアニメーションで再生をして 2 つのベンゼン分子が離れる様子を確認するただし BSSE(Basis Set Superposition Error 例えば 2 量体の計算で基底関数が不十分な場合それぞれの単量体が相手の単量体の基底関数も使ってエネルギーを下げてしまう ) の影響によりある程度の距離で構造は収束する Hamiltonian を B3LYP 基底関数を 6-31G* から 6-311G* に変更して同様の計算を行う 6-31G* に比べて計算時間が大幅にかかるので途中で打ち切ってもよいアニメーションで再生をして 2 つのベンゼン分子が離れる様子を確認する基底関数を良くしたため BSSE の影響が小さくなり 6-31G* の場合よりもさらに離れる Hamiltonian を B3LYP-D3 基底関数を 6-31G* から 6-311G* に変更して同様の計算を行う分散力補正が入った B3LYP-D3 では基底関数を良くしても 2 層間の距離は 3.7~3.8A でほとんど変わらないことを確認する 11

12 V. その他の汎関数での -D3 指定方法ソルバ一覧で GAMESS を選択した場合 1. GAMESS SetupウインドウもしくはEasy Setupウインドウで使用したい汎関数を選択する 2. GAMESS Setup ウインドウで DFT タブをクリックし $DFT 欄の DC にチェックを入れて IDCVER では 3 を選択する 3. Run ボタンをクリックして計算を実行する 12

13 V. その他の汎関数での -D3 指定方法ソルバ一覧で Gaussian を選択した場合 1. Gaussian Setup ウインドウもしくは Easy Setup ウインドウで使用したい汎関数を選択する 2. Gaussian Setup ウインドウで EmpiricalDispersion では gd3 を選択する 3. Run ボタンをクリックして計算を実行する 13

14 V. その他の汎関数での -D3 指定方法ソルバ一覧で NWChem を選択した場合 1. NWChem Setup ウインドウもしくは Easy Setup ウインドウで使用したい汎関数を選択する 2. NWChem Setup ウインドウで DFT 欄の DISP では vdw 3 を選択する 3. Run ボタンをクリックして計算を実行する 14

15 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 15

本書について本書では Winmostar を初めて使う人を対象にその導入手順と基本操作を紹介します不明な点がある場合や本書の通りに動かない場合はまず随時更新されているよくある質問をご確認ください 2

本書について本書では Winmostar を初めて使う人を対象にその導入手順と基本操作を紹介します不明な点がある場合や本書の通りに動かない場合はまず随時更新されているよくある質問をご確認ください 2 ビギナーズガイド 2018 年 10 月 5 日株式会社クロスアビリティ本書について本書では Winmostar を初めて使う人を対象にその導入手順と基本操作を紹介します不明な点がある場合や本書の通りに動かない場合はまず随時更新されているよくある質問 https://winmostar.com/jp/qa_jp.php をご確認ください 2 Winmostar とは Winmostar