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緩和
法政大学
片岡洋右
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教科書
分子動力学法による物理化学実験
片岡ほか 三共出版
分子動力学法のプログラム
Materials Explorer v4 pro を使って
分子動力学シミュレーションの演習を行う。
分子動力学法
• http://www.mcmd.ne.jp/md/
• 分子動力学法解説
U = Ek + Ep
• NEV アンサンブルの計算では
• エネルギーは保存することを確かめよ。
• このアプリケーションでは全エネルギーは U
と書いている。
• Ek 運動エネルギー = 1.5 * N *kT
• Ep ポテンシャルエネルギー
• 粒子の運動エネルギーは１自由度が
(1/2)kT の平均値を持つ。
• ｋ はボルツマン定数、Ｔ は絶対温度
実験4
圧力とポテンシャルエネルギーの緩和
• 高密度（密度は 0.37545 g/cm3）のアルゴン
について
• 粒子数 N と体積 V とエネルギー E 一定の
• 分子動力学シミュレーションを行い、
• 温度と圧力の時間経過をプロットして、どの
程度の時間でこれらの量が緩和するかを見
よ。
シミュレーションの条件
モデルは ランダム
分子はアルゴン
N = 300,
密度は 0.37545 g/cm3
MD の条件、NEV, 初期温度は T = 150.72K
ステップ数 11000, 時間刻み= 1 fs とする。
• fs = フェムト秒 = 10-15 s
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スタート – Materials Explorer V4 pro Materials Explorer V4 pro
初期画面 下に図を貼り付けよ
(2) 入力データの作成
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モデルは Free Cell
分子はアルゴン
N = 300,
密度は 0.37545 g/cm3
MD の条件、NEV, 初期温度は T = 150.72 K
ステップ数 11000, 時間刻み = 1 fs とする。
この温度・密度はアルゴンの臨界点近傍である
(2)-1 初期構造の作成
ファイル – 新規作成
モデリング – MD Cell の作成
原子分子の選択 – 原子, Ar を選択
300 追加
密度の指定 0.37545 ｇ/cm^3
number of component --- 300
Density – 0.37545 ｐ44
自分の画面を貼り付けよ
OK – Ar 原子の初期状態
下に図を貼り付けよ
(2)-2 シミュレーション条件の設定
Simulation – MD Condition
NEV, 11000, 1,10,10, 150.72K
設定画面を貼り付けよ
(2)-3 ポテンシャルの設定
シミュレーション -- ポテンシャル関数の設定
共通ライブラリ – Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ- 2Body
Ｌｒｎｎａｒｄ－Ｊoｎｅｓ Type Argonを選択 -- OK
データの保存
ファイルー 名前を付けて保存
半角英数字で単純名を付ける
Jikken-4
貼り付けよ
ファイル名の制限
• 空白は禁止
• 全角文字は禁止
• ドットは禁止
• 要するに
• 半角英数字の単純名が許される。
注意
• 分子動力学シミュレーションはcpuの能力を
100％使用するから
• 計算中にほかのアプリケーションを
• 起動しないこと
(3) 計算の実行
シミュレーション － 計算実行
実行画面
終了時確認ダイアログ
OKを選択
(4) エネルギー、温度の表示
結果 -- モニター変数（Monitoring）
まず体積、圧力、温度が表示される
下にグラフを貼り付けよ
グラフが出ないのは、
計算の実行をしていないとき
結果のグラフが出ないとき
• 計算していない
グラフが水平線ばかりの場合は
• Monitoring でグラフが水平線ばかりの
場合は
• ポテンシャルの設定を忘れた、
• または密度が低く分子の衝突がまだ起
こっていいない場合が考えられる。
内部エネルギーを表示するために
グラフ - 表示項目
内部エネルギーにチエックを入れて
適用 – 閉じる
結果のグラフ
下にグラフを貼り付けよ
ポテンシャルエネルギーの緩和例
縦軸 Ep, 横軸 時間 t
緩和過程
平衡状態
緩和時間
縦軸の数値が全て同じだから
変化は無視できるぐらい小さい
考察
下に文章を入れよ
– 以上をノートとして電子レポートすること。
U = Ek + Ep
• NEV アンサンブルの計算では
• エネルギーは保存することを確かめよ。
• このアプリケーションでは全エネルギーは U
と書いている。
• Ek 運動エネルギー = 1.5 * N *kT
• Ep ポテンシャルエネルギー
下の図では
2変数の和は一定、緩和時間は同じ
exp(-x)
-exp(-x)
データ 1
1
exp(-x)
0.5
0
-0.5
-1
0
2
4
6
x
8
10
オプション課題
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実験４において密度を
0.002 g/cm3 (気体）に変えて、
110,000 ステップまで計算し T, p, Ep の、
緩和時間を求めよ。
[Ｅｐはポテンシャルエネルギー、グラフー表示項目
から選ぶことができる]
• また密度を 1.381 g/cm3(液体）で
• 11,000 ステップまで調べよ。
新しい初期構造の作成
• (2)-1 初期構造の作成
ファイル – 新規作成
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