WinMOPACのキーワード「P=nn」について

質問

WinMOPAC3.0を使っています。（MOS-FとMOPAC2000が入ってます)
作った分子（Siの単位格子1つ）に引っ張り荷重を加えて変形させた上でその生成熱の差からヤング率を求めてみたいと考えていました。
説明書にないキーワード「P=nn」の存在を知ったんですが、使い方も分らず、ただキーワード欄にnnを200000000に代入して入力してみただけです。（200[MPa]のつもりです。使い方はもちろん、この辺(単位とか)もぜんぜん分ってません。)
ダメもとだったのでこんなキーワード無いってエラーが来るのかと思ったら、このキーワードはここでは許容されなというエラーでした。
どういう意味なのですか？私の間違いで実は使える可能性があるのでしょうか？(結晶の作り方とかで…。もしくは、ヴァージョン的に使えないとか…。)

ただこのキーワードにこだわっているわけではないので、うまいことダイヤモンド構造を一軸方向に伸ばせれば、生成熱の変化は起こるとは思うのですが…
でもその場合結合長をZ-マトリックスから伸ばすべきか？
それとも、角度を浅くするべきか？
はたまた、両方を行なうべきか？
何をどれくらい？何を根拠に？
これを考えると頭が痛いです(あまりにも知識外過ぎて)。この悩みが解決するのなら、新しいソフトへの転向も考えています。(アカデミックなら経済的になんとか…)
でも、できれば自分の知識にもなるのでWinMOPACシリーズで無事問題を解決して、ヤング率を求めたいです。良い方法、ヒントになりそうなことをご存知の方よろしくお願いします。

回答No.3

38endoh · ベストアンサー

> 歪みがどのように発生するのかは調査できていません。

歪んだ構造が分かって初めて，MOPAC でヤング率が求まるのです。ΔL の変形によって構造がどう歪むかを予想するには，例えば体積が変わらないように結合長と角度とをうまく調節したりするのでしょうが，このような計算は，どちらかというと分子動力学計算の範疇だと思います。

なお，Si の歪んだ構造は安定構造ではありませんので，歪んだ構造が正確にわからない限り，正確なΔH を計算することは不可能です。また，計算方法も「構造最適化」ではなく「一点計算」でΔH を求めるということになると思います。

> それにぴったりなのが例のキーワード「P=n.n」というものです。

このキーワードは，引張り力や圧縮力を与えるキーワードではなく，分子全体に均等にかかる圧力を与えるキーワードではないでしょうか？　相図の P の軸を指定しているだけだと思います。

補足

http://venus.netlaboratory.com/material/messe/winmopac/mopac_mosf_faq/mopac/QandA/15_01.html

このＨＰの内容をみて思いついたことなんですが、この中で述べられている引張圧というのは均等にかかる圧力のことなのですね…
このなかで、ヤング率についても述べたれていたのでてっきりセットで行なえる物だと思っていました。
確かに、私の調べた文献には求めるための数式は載っていたものの、「P=n.n」に関する話はまったく触れられていませんでした。

> また，計算方法も「構造最適化」ではなく「一点計算」で
> 構造がどう歪むかを予想するには

一点計算とはどのような物でしょうか？MOPACで使えますか？（使える場合はどのようなキーワードを用いるのでしょうか？)
確かに私のような素人ではMOPACで、少しずつ構造を直していくのは無理かと思います。
では、シリコンの歪んだ構造を調べることのできるような文献もしくはHPはご存知ではありませんか？もしくは、それを調べる際のキーワードなどの見当はつきませんか？

何度も質問で返してしまって申し訳ありません…

回答No.4

38endoh

> このＨＰの内容をみて思いついたことなんですが、

拝見いたしました。P キーワードはスカラー量しか指定できないので，やはり均等にかかる圧力ではないかと思います。が，あまり自信はありません。FIELD キーワードについては，単位が volt なのが気になります。電場を印加した際の分極率計算のようなものかもしれません。が，やはりあまり自信はありません。申し訳ありません。

> 一点計算とはどのような物でしょうか？

構造を一切いじらずに，SCF 計算だけを行ってその構造におけるポテンシャルを求める方法です。Gaussian などではルートセクションに SP と加えるのですが，MOPAC での具体的な実行方法は分かりません。しかし，MOPAC で一点計算ができない訳はありません。英語では single point energy calculation などと言ったりしますので，ヘルプファイルなどで検索をかけてみてください。

ヤング率計算については，一度 Int. J. Quantum Chemistry Symposium を取り寄せてみて，その方法に従いながら自分の系に取り込むのが手っ取り早いのではないでしょうか？

結局の所，あまりお役に立てなかったかもしれませんね，申し訳ございません。

お礼

いえいえ、大変助かりました。

まず本物の文献を見てみます。

これだけたくさん相談に乗っていただけたので、なんかさらにやる気が湧いてきました。

本当にありがとうございました。

回答No.2

38endoh

> ヤング率についてはこの方法で何とかなるのではと思います。

対象となる物質は，対称性の低い安定状態を取りうるのですか？　例えばヤーンテラー歪みなどによる相転移を起こす物質なのでしょうか？　求めたい値は圧力依存性ではなくヤング率なのでしょうか？　そもそも物質名は何でしょうか？

具体的に何を検討されているのか，私はまだ今ひとつ理解できておりませんので，現段階では適切なアドバイスができません。とりあえず以上の点を補足してください。

補足

対象物質は単結晶のシリコンです。文献を参考にモデルを作ってみました。（シミュレーションの本にダイヤモンドをMOPACで作る方法が載っていたので、そのCをSiに変えてみました。原子間隔は2.35オングストロームで、端はCbで止めてあります。）

歪みがどのように発生するのかは調査できていません。(この辺が知りたいところでもあります）

対称性の低い安定状態を取るかどうかは分りませんが、（1 1 1）面でのスベリはMOPAC上では発生しないのでは？と思い、その結果大きな荷重がかかった際の安定化は変形という形で表れるのではないか？と推測しました。

現在試みていることは、MOPAC上で単結晶シリコンの分子に引張試験を行なったのと同じように変形した状態を作るというものです。それにぴったりなのが例のキーワード「P=n.n」というものです。分子に荷重を与えることのできる物のようです。これを用いれば、MOPACにおける引張試験が行なえると考えました。

しかし引張試験した後の形状がわかるだけでは考察が行ないにくいので、それを行った結果の得られる物として出て来たのがヤング率の話です。MOPACでクラスターがΔL延び変形した状態での生成熱変化ΔHからその物質のヤング率を求めることができるらしいのです。

不手際でご迷惑おかけしましたが、よろしくお願いいたします。

回答No.1

38endoh

MOPAC 2000 のマニュアルについては，以下の URL が参考になりますでしょうか？

> ダイヤモンド構造を一軸方向に伸ばせれば、生成熱の変化は起こるとは思うのですが…

歪んだ状態で，つまり低い対称性の空間群になるよう z-matrix を書けばよいのではないでしょうか？　伸びる方向と縮む方向とで異なる変数を与え，初めからすこし歪ませて計算をかければいいと思います。もし歪んだ方向に安定構造があれば，この方法でその構造を知ることができると思います。

> ヤング率を求めたいです。

そもそも，分子軌道計算でヤング率は求まりますか？　もっと他に良い方法があるかと思いますので，とりあえずは過去の論文等でヤング率計算の例を調べられては如何でしょうか？

参考URL：

http://home.att.net/~mopacmanual/

お礼

即日の回答ありがとうございます。
参考URLは英語でしたが、ぱっと見たところキーワードの謎が解けそうです。後でちゃんと訳してみます。ありがとうございました。

ヤング率についてはこの方法で何とかなるのではと思います。ただ他の方法を用いるのは別の意味で大変参考になる意見でした。どうも一つのことに頭がいってしまって…

> 低い対称性の空間群になるよう z-matrix を
> 伸びる方向と縮む方向とで

ということは原子間隔を伸ばす部分と縮める部分を設けて対象性を下げるという意味でしょうか？その後最適化して、角度はMOPACが安定構造に持っていくまで繰り返せばよいということですか？（間違ってたら角度についての目安もお願いします。）
できれば、原子間隔を伸ばす部分（引っ張る方向)と縮める部分(それにより縮んだ構造）をどれくらいの比率で（もしくは何Å程度）という目安を教えていただけ無いでしょうか？理論があればうれしいのですが、経験的なことでもまったく問題ありません、ぜひ教えていただけませんか？