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SIESTA 基本的な使用方法

SIESTAで計算を実行するにあたり、必要となるものは次の3つです。

SIESTA実行モジュール（i.e. siesta, transiesta）
擬ポテンシャルファイル（e.g. Si.psf, or Si.vps）
FDF（Flexible Data Format）形式入力ファイル

まず、1.の実行モジュールはSIESTAソースコードをコンパイルし、作成します。
2.の擬ポテンシャルファイルは、SIESTAコードに含まれるATOMモジュールとスクリプトを使用し、作成します。いくつかの原子種のポテンシャルファイルは、SIESTAダウンロードサイト上にて公開されており、そちらから入手することも可能です。最後に、3.のFDFファイルは、計算対象となる分子、結晶などの構造情報やSIESTAの計算制御や出力方法などを指定する単一の入力ファイルです。通常テンプレートファイルをテキストエディタで修正し、準備しますが、FDF形式の出力に対応した外部プログラム（e.g. gdis, aten, GULP）の利用により、作成することも可能です。

ここでは、SIESTAの基本的な使用方法として、次の各操作を説明します。

SIESTAとATOM実行のための環境設定
ATOMによる擬ポテンシャルファイルの作成
シリアル版SIESTAの実行
パラレル版SIESTAの実行（OpenMPI使用時）

SIESTAとATOM実行のための環境設定

まず、SIESTAとATOMを使用するために、SIESTAとATOMコマンドのパス設定と2つの環境変数を指定します。

ATOM_PROGRAM : 実行ファイルatmの完全パスを指定
ATOM_UTILS_DIR : gnuplot用スクリプト等が格納されたUtilsディレクトリの完全パスを指定
PATH : SIESTAおよびATOMスクリプトのコマンドパスを既存のPATHに追加

以下、シェルリソースファイルの設定例です。

${HOME}/.bashrcの例（抜粋）

if [ -d /usr/local/siesta ] ; then
export ATOM_PROGRAM=/usr/local/siesta/bin/atm
export ATOM_UTILS_DIR=/usr/local/siesta/bin/Utils
export PATH=/usr/local/siesta/bin:/usr/local/siesta/bin/Utils:${PATH}
fi

${HOME}/.cshrcの例（抜粋）

if ( -d /usr/local/siesta ) then
setenv ATOM_PROGRAM /usr/local/siesta/bin/atm
setenv ATOM_UTILS_DIR /usr/local/siesta/bin/Utils
set path = ( /usr/local/siesta/bin /usr/local/siesta/bin/Utils $path )
endif

ATOMによる擬ポテンシャルファイルの作成

最初に、次のようなATOM用の入力ファイル（ファイル名 Si.inp）を準備します。
スペース等フォーマットを厳しく判定するため、こちらのファイルをダウンロードしてお使いください。

# 各行とも#以降はコメントです
# Pseudopotential generation for Silicon
# pg: simple generation
#
pg Silicon #計算タイプ(ae:全電子/pg:PP/pe:PP内殻補正), タイトル
tm2 3.0 # NCタイプ（hsc/ker/tm2）, 対数微分 R（テスト用）
n=Si c=car # 元素記号, XCタイプ(ca/wi/hl/gl/bh/pb/rp/rv/bl)続けて(s:スピン分極/r:スピン及び相対論考慮)
0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
3 4 # 内殻電子の軌道数, 価電子の軌道数
3 0 2.00 0.00 # 主量子数, 角運動量量子数, 占有数(up,dn)
3 1 2.00 0.00 # 3p2
3 2 0.00 0.00 # 3d0
4 3 0.00 0.00 # 4f0
1.90 1.90 1.90 1.90 0.00 0.00
#
# Last line (above):
# rc(s軌道), rc(p軌道), rc(d軌道), rc(f軌道), 内殻補正用フラグ, rcore
#
#23456789012345678901234567890123456789012345678901234567890

続いて、この入力ファイルを引数として、pg.shスクリプトを実行します。

$ pg.sh Si.inp

以上で、Si.inpファイルと同じディレクトリにSi.psf（テキスト形式）、Si.vps（バイナリ形式）の擬ポテンシャルファイルが生成されます。同時にディレクトリSiが作成され、作成した擬ポテンシャルを評価するためのデータやGnuplot用のスクリプトファイルが格納されます。
次の例のように、gnuplotを起動し、各gplotファイルをロードすることで、画面上にグラフを表示することができます。

$ cd Si
$ gnuplot
gnuplot > load 'pseudo.gplot'

pseudo.gplot(l=0)出力例※pseudo.gpsファイルによりPS形式で出力し、PDF変換した画像データ -> こちら（pseudo.pdf）

シリアル版SIESTAの実行

SIESTAは、カレントディレクトリ内の入力ファイルを読み込み、同じディレクトリに計算結果等をファイル出力します。名前（SystemLabel）を変更することで、同一ディレクトリ内で複数のジョブを実行することも可能ですが、多数のファイルが生成されるため、ジョブ毎に別々のディレクトリを作成し、使用されることをお勧めします。

まず、新しくディレクトリを作成し、カレントディレクトリをこちらに移します。

$ mkdir si
$ cd si

続いて、テキストエディタ等により、次の内容のFDFファイル（ファイル名 Si.fdf）を作成します。

SystemName Bulk Silicon
SystemLabel Si
NumberOfSpecies 1
NumberOfAtoms 2
%block ChemicalSpeciesLabel
1 14 Si
%endblock ChemicalSpeciesLabel

LatticeConstant 5.41119733025 Ang
%block LatticeVectors
0.00 0.50 0.50
0.50 0.00 0.50
0.50 0.50 0.00
%endblock LatticeVectors

AtomicCoordinatesFormat ScaledByLatticeVectors
%block AtomicCoordinatesAndAtomicSpecies
0.00 0.00 0.00 1
0.25 0.25 0.25 1
%endblock AtomicCoordinatesAndAtomicSpecies

%block kgrid_Monkhorst_Pack
20 0 0 0.5
0 20 0 0.5
0 0 20 0.5
%endblock kgrid_Monkhorst_Pack

MaxSCFIterations 50

DM.UseSaveDM .true.
%block ProjectedDensityOfStates
-20.0 5.0 0.200 500 eV
%endblock ProjectedDensityOfStates