Newton-X 2.6 と DFTB+ 24.1 の組み合わせで非断熱ダイナミクスを実行するための前準備

Newton-X は、 DFTB+ との連携で電子励起状態を TD-DFTB 計算しながら、surface hopping 法をつかった非断熱ダイナミクスの解析ができる
ところが、現時点で入手できる Newton-X (Version 2.6) だと、最新の DFTB+ (Version 24.1) に対応していない部分がある
- Newton-X には、Classical Series (CS) と New Series (NS) があって、DFTB+ と連携できるのは今のところは CS だけ
- NS の開発が優先されているような印象なので、CS の修正が今後あるかどうか微妙
このノートには、DFTB+ と連携できるように Newton-X CS のコードの一部を修正する手順について、大まかにメモしています

ソースコードの準備

Newton-X のソースコードファイルを入手する
ダウンロードした tgz ファイルを展開する

tar -zxf nx-v2.6-b01.tgz

cd newtonx-cs

`initcond.pl` が使うプログラムの一部を修正

なぜ修正が必要？

Newton-X で非断熱ダイナミクスを実行するときに、ダイナミクスの出発点となる初期分布をinitcond.plというプログラムで生成する
このinitcond.plを実行するときには、DFTB+ が出力する基準振動モードファイルmodes.xyzが必要となる
modes.xyzファイルは、以前の DFTB+ では次のように出力されていた
- あとで説明するweight.f90のコード内に書かれていた出力例だけど、水の変角（？）基準振動モードにしては値が小さいのはちょっとだけ気になる…

modes.xyz

          3
 Eigenmode           4   687.641756468604      cm-1
O    0.000000 -1.000000  0.000000  0.000000  0.085448  0.000567
H    0.000000  0.000000  0.783064  0.000000 -0.677515 -0.198758
H    0.000000  0.000000 -0.783064  0.000000 -0.675263  0.195414

最新版の DFTB+ 24.1 では次のように、座標（２〜４列）と基準振動モード（５〜７列）で数値の桁数などが以前とは異なるフォーマットで出力されるので、initcond.plでmodes.xyzを読み込もうとするときにエラー終了

modes.xyz

    3
 Eigenmode           7   1493.83061861143      cm-1
    O     -0.00000000     -0.71274476     -0.00000000     -0.00000000     -0.07017868      0.00008607
    H     -0.00000000     -0.14347938      0.77263563      0.00000000      0.55654609     -0.43338708
    H      0.00000000     -0.14347938     -0.77263563      0.00000000      0.55755281      0.43202072

modes.xyzを適切に読み込めるように、initcond.plの修正が必要

修正の方針は？

initcond.plを実行するときに、modes.xyzファイルの読み込みを実際に担っているのは、newtonx-cs/bin/weightという別のプログラム
このプログラムのソースコードはnewtonx-cs/source/initcondにあるweight.f90
modes.xyzを適切に読み込めるようにするには、この Fortran コードの一部を書き換えて、実行形式にコンパイルする必要がある
とは言え、Newton-X のREADME.installを読むと、コンパイル済みの実行ファイルを使うことを強くオススメされている

README.install

YOU DO NOT NEED TO INSTALL NEWTON-X

NEWTON-X CS is distributed with binary files statically compiled for Linux.
We strongly recommend that you use this version.

上記の「コンパイル済みの実行ファイルをなるべく使おう」という方針には 100% 同意
修正が必要なweightプログラムだけを置き換えて、他のファイルにはなるべく触らないようにしたい

`weight.f90` を書き換え

newtonx-cs/source/initcondにあるweight.f90ファイルを次のように修正
- read関数で指定する読み込みの書式を修正するだけ

cd newtonx-cs/source/initcond

vi weight.f90

weight.f90
@@ -1082,1 +1082,1 @@
-           read(11,'(A3,T4,6F10.6)') g4, (geom(k,i),i=1,3), (c_nmode(m,n),m=3*k-2,3*k)
+           read(11,'(A5,6F16.8)') g4, (geom(k,i),i=1,3), (c_nmode(m,n),m=3*k-2,3*k)

`weight.f90` をコンパイル

gfortran が必要
- 分子研スパコンでコンパイルする場合、moduleコマンドでgcc-toolsetをロードすると環境変数を設定できる

module load gcc-toolset

weight.f90 は、newtonx-cs/source/libにあるライブラリに依存するので、先にコンパイルしておく

cd newtonx-cs/source/lib

make | tee make.log

weight.f90 を含めて、newtonx-cs/source/initcondにあるものをまるっとコンパイル

cd newtonx-cs/source/initcond

make | tee make.log

コンパイルした後、実行ファイルがEXE_initcondというディレクトリにできる
weightをbinディレクトリに移動する

cp newtonx-cs/source/initcond/EXE_initcond/weight newtonx-cs/bin/.

`run_dftb+_initcond.pl`の一部を修正

なぜ修正が必要？

Newton-X では、DFTB+ などの外部プログラムと連携するときに、Perl スクリプトがインターフェースに使われている
run_dftb+_initcond.plは、initcond.plを実行するときに、DFTB+ とのインターフェースになる
Newton-X と DFTB+ の仕様変更に、run_dftb+_initcond.plの一部が対応していない
- Newton-X の仕様変更：
  - このスクリプトでは Newton-X の設定ファイルcontrol.dynを読み込むようになっているが、実際には、このファイルはinitcond.plを実行するときには必要ない
- DFTB+ の仕様変更：
  - 最近の DFTB+ ではポテンシャルエネルギーの出力フォーマットの一部が微妙に変わっているが、このスクリプトでは対応していない

`run_dftb+_initcond.pl`を修正する

上記に対応するために、次のような感じでrun_dftb+_initcond.plを修正する

run_dftb+_initcond.pl
@@ -27,2 +27,2 @@
- ($nat,$istep,$nstat,$nstatdyn,$ndamp,$kt,$dt,$t,$tmax,$nintc,
- $mem,$nxrestart,$thres,$killstat,$timekill,$prog,$lvprt,$etot_jump,$etot_drift)=load_status($ctd,$mdle);
+ ## ($nat,$istep,$nstat,$nstatdyn,$ndamp,$kt,$dt,$t,$tmax,$nintc,
+ ## $mem,$nxrestart,$thres,$killstat,$timekill,$prog,$lvprt,$etot_jump,$etot_drift)=load_status($ctd,$mdle);
@@ -130 +130 @@
-             $epotgs = $x[3];
+             $epotgs = $x[2];

Perl スクリプトなので、コンパイルする必要はない

`run-dftb+.pl` の一部を修正

なぜ修正が必要？

run-dftb+.plは、moldyn.plを実行するときに、DFTB+ とのインターフェースになる
この Perl スクリプトは、ユーザーが指定した DFTB+ の入力ファイルを読み込み、Newton-X が必要なデータを出力するように、一部を書き換えている
DFTB+ の入力ファイルでは、新しいバージョンで一部のパラメータ名が次のように微妙に変更されている
- 旧：EigenVectorsAsTxt → 新：EigenvectorsAsText
- 旧：CalculateForces → 新：PrintForces
現時点では、Newton-X のrun-dftb+.plは上記の変更に対応していないので、修正が必要

`run-dftb+.pl`を修正する

修正が必要な部分が数カ所あるので、次のような感じでrun-dftb+.plを修正する

run-dftb+.pl
@@ -172 +172 @@
-        if (/WriteEigenvectors/i || /EigenVectorsAsTxt/i){
+        if (/WriteEigenvectors/i || /EigenvectorsAsText/i){
@@ -176 +176 @@
-           $text = "Analysis{\nWriteEigenvectors = Yes\nEigenVectorsAsTxt = Yes\n";
+           $text = "Analysis {\nWriteEigenvectors = Yes\nEigenvectorsAsText = Yes\n";
@@ -196 +196 @@
-          next if (/CalculateForces/i);
+          next if (/PrintForces/i);
@@ -208 +208 @@
-             $_ = "Analysis{\n CalculateForces = Yes\nWriteEigenvectors = Yes\nEigenVectorsAsTxt = Yes\n";
+             $_ = "Analysis{\n PrintForces = Yes\nWriteEigenvectors = Yes\nEigenvectorsAsText = Yes\n";
@@ -285 +285 @@
-         if (/CalculateForces/i){
+         if (/PrintForces/i){
@@ -289 +289 @@
-            $_ = "Analysis{\n CalculateForces = Yes\n";
+            $_ = "Analysis{\n PrintForces = Yes\n";

修正したプログラムを適切な場所に置く

上記の修正が済ませた後、適当な場所に置く

mv newton-cs ~/apl/nx

.bashrcの適当なところに下記を追加する

export NX=~/apl/nx/bin

Newton-X の修正は以上だけど、DFTB+ (Version 24.1) にもバグがあるので、こちらにも対応しておく必要があるよ

NewtonX DFTB 計算化学量子化学

Posted : 24.05.01

Newton-X 2.6 と DFTB+ 24.1 の組み合わせで非断熱ダイナミクスを実行するための前準備

ソースコードの準備

initcond.pl が使うプログラムの一部を修正

なぜ修正が必要？

修正の方針は？

weight.f90 を書き換え

weight.f90 をコンパイル

run_dftb+_initcond.plの一部を修正

なぜ修正が必要？

run_dftb+_initcond.plを修正する

run-dftb+.pl の一部を修正

なぜ修正が必要？

run-dftb+.plを修正する

修正したプログラムを適切な場所に置く

`initcond.pl` が使うプログラムの一部を修正

`weight.f90` を書き換え

`weight.f90` をコンパイル

`run_dftb+_initcond.pl`の一部を修正

`run_dftb+_initcond.pl`を修正する

`run-dftb+.pl` の一部を修正

`run-dftb+.pl`を修正する