WIEN2k

ウィーン工科大学のK.Schwarz教授らによって開発された(L)APW+lo法によるバンド計算プログラム

wien2k

製品概要

WIEN2k は、密度汎関数法( DFT )による固体の電子構造計算プログラムパッケージです。ポテンシャル形状に球対称近似(例、マフィンティン近似)を使用せず(no shape approximation:フルポテンシャル化)、線形化された拡張平面波法に局在軌道を拡張した (L)APW+lo 法を採用しており、高精度なバンド構造計算が可能です。

フルポテンシャル化されたLAPW法(FP-LAPW、FLAPW)の他、APW基底またはLAPW基底に局在軌道(lo、LO基底)を追加することで波動関数を効率よく表現し、全電子計算手法にも関わらず計算コストを抑えたDFT計算が可能です。また、DFT 計算において、局所(スピン)密度近似( LDA )もしくは、一般化された密度勾配近似( GGA )の改良版を使用することができ、相対論効果を考慮した全電子計算が可能です。その他にも数多くの機能が提供されています。

 

開発元:オーストリア TU Vienna

    技術情報

    計算可能なプロパティ

    • LDA、GGA、meta-GGA(libxcインターフェース)、LDA+UとEECE、軌道分極、Hybrid-DFT
    • 中心対称または非中心対称性を持つセル、230 の全空間群をビルトイン
    • スピン分極(強磁性または反強磁性構造)、スピン軌道結合
    • シーケンシャルモード、k点並列計算モード(非MPI、低速ネットワーク向け)、大規模並列MPI計算モード(共有メモリ、またはInfiniband等の高速ネットワーク向け
    • エネルギーバンド(Fig. 1) および 状態密度(Fig. 2
    • 電子密度(Fig. 3) およびスピン密度、 X 線構造因子、ポテンシャル、STMシミュレーション、AFMシミュレーション
    • Bader らによる “atoms-in-molecule” ( AIM )法
    • 全エネルギー、力、平衡配置(Fig. 4)、構造最適化、弾性定数、分子動力学(Nose Thermostat)
    • フォノン解析プログラム( K.ParlinskiによるPHONON、A. TogosによるPhonopy )へのインターフェイス
    • 電場勾配、異性体シフト、超微細場、NMRケミカルシフト、NMRナイトシフト
    • X 線放射と吸収スペクトル、電子エネルギー損失スペクトル
    • 光学的性質
    • フェルミ面

     

    解析の流れ

    WIEN2kは、多数の独立したFortran90プログラムから構成されており、それらはCシェルスクリプトを介してリンク(連携動作)されています。Webブラウザとw2webインターフェイスを使ってWIEN2kを実行することができますが、経験豊富なユーザはコマンドラインからWIEN2kを実行することもできます。

     

    解析の主な流れは以下の通りです。

    1. 構造の定義 : cif形式ファイルのインポートや空間群に対応。対称性を検出可能 (Fig. 5)
    2. 初期化 (Initialize) : 半自動の初期化機能が実装されており、順を追って計算に必要となる入力ファイル等を生成可能
    3. SCF計算の実行 :  原子位置の同時最適化の有無を選択可能
    4. プロパティの計算 : w2web の「Tasks」メニューから、各種解析が可能 (Fig. 6)

     

    解析の進め方については、オンラインユーザガイドの 3章「Quick-Start」を参照することで、おおよその全体像を把握することができます。

     

     

    技術文書・関連情報

    • はじめてのWIEN2k(日本語簡易ガイド)(弊社お客さま向け; 要ログインID、パスワード)
    • ウィーン工科大学開発グループらによるWIEN2k総説

    WIEN2k: An APW+lo program for calculating the properties of solids. (https://doi.org/10.1063/1.5143061)

    P. Blaha, K.Schwarz, F. Tran, R. Laskowski, G.K.H. Madsen and L.D. Marks, J. Chem. Phys. 152, 074101 (2020)

    • S.Cottenier (Univ. Gent, Belgium)によるDFTおよび(L)APW法の導入ガイド (推奨)

    DFT and the Family of (L)APW-methods: a step-by-step introduction (PDF形式)

    • WIEN2k 最新版ユーザーガイド (開発元サイト・英語)

    WIEN2k User’s Guide (PDF形式)

    • WIEN2k を用いた学術論文リスト(開発元サイト・英語)

    WIEN2k/WIEN97/WIEN95 Publications

    • WIEN2k バージョン履歴(開発元サイト・英語)

    WIEN2k-Update information

     

     

    GUI・解析イメージ

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    Fig.1 エネルギーバンド図 Fig. 2 状態密度 Fig. 3 電子密度
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    Fig. 4 平衡配置 Fig. 5 構造定義 Fig. 6 プロパティの計算

     

     

    動作環境

    推奨環境

    • WIEN2kプログラムは、Fortran90で書かれており、Linux/Unixの多くのプラットフォーム上で動作します(ワークステーション単体からHPCクラスタまで)。
    • 最も効率的なプラットフォームは時間の経過とともに急速に変化していきますが、高い価格性能比を実現するために、高メモリ帯域幅を持つIntelアーキテクチャをベースにしたLinux PCが登場すると予想されます(Intel Core i7やXeon等を用いた開発元によるベンチマーク結果はこちら)。
    • Fortran90コンパイラとBLASライブラリ。Intel Fortranコンパイラ(ifort)及びMKLライブラリ(www.intel.com)、またはGNU Fortranコンパイラ(gfortran)及びOpenBLASライブラリのインストール。
    • 小さな系(単位セルあたり約10原子まで)のために少なくとも1 GBのメモリが必要であり、大規模なシステムではより多くの物理メモリが必要です。現時点では、マルチコアCPUで、1コアあたり2 – 4 GBのメモリを推奨します。なお、スワップスペースはその2倍必要となります。
    • メモリ16GBを搭載したワークステーションではユニットセルあたり100原子、64~1024コアの高速ネットワークを搭載したクラスタではユニットセルあたり1000原子超の動作実績があります。また、少なくとも1GB(大規模な場合は10-1000GB)のディスク空き容量が必要です。
    • k点分割による並列計算に対応しており、PCクラスタ環境で効率の良い計算を実行できます。ネットワーク通信速度は 1 Gb/s で十分ですが、ネットワークファイル共有(NFS)、リモートシェル環境( rsh または ssh )の設定が別途必要になります。
    • 単一の k点に対して、微細粒度の並列計算が可能です。この場合、高速な通信環境(共有メモリまたはInfiniband等の高速ネットワーク、 1 Gb/s Ethernet では不十分)と MPI(Intel MPI、Open MPIなど) 、FFTWELPAおよび ScaLAPACK 等が別途必要になります。
    • 全てのオプションを利用するためには( w2web および外部可視化ツール XCrySDenを含む)、次のパッケージがインストールされている必要があります。 XCrySDen、tcsh、ghostview ( 要 png サポート)、gnuplot ( 要 png サポート)、PDFビューア、ウェブブラウザ ( firefoxなど )、Perl、python (2.7以降)、octave。さらに任意で、VESTAWannier90LibxcPhonopyなどの有益なパッケージを追加インストールすることができます。

       

      グラフィカルユーザインターフェイスとユーザガイド

      ユーザフレンドリーな環境 w2web ( “WIEN to WEB” )を利用し、各アプリケーションに対応した入力ファイルの作成と編集が可能です。また、電子密度や DOS のプロット等の各種操作のガイド機能も付属しています。

      ユーザガイド( 約300ページ、 pdf および html 版)では、基本的な操作方法と入出力ファイルの詳細が解説されています。

       

       

      外部の可視化ソフトとの連携

      現在のバージョンの w2web ( “WIEN to WEB” )では、描画視覚ツール XCrySDenと直接連携して描画することができます。XCrySDenを用いて、原子の構造を描画や、2Dや3Dの電子密度をプロット、k点メッシュの生成、フェルミ面の可視化等を行うことができます。XCrySDen以外のWIEN2kと連携可能な描画ツールとしては、VESTAが推奨されます。

      これら2つのツールでは、cif形式のファイルの読み書きが可能です。XYZ形式ファイルについては、読み込みのみが可能です。

       

       

      ※WIEN2kは、ダウンロード版のみのご提供となります。CD-ROM等のインストールメディアおよび印刷マニュアル等は付属しておりません。ご注文時にご連絡いただく登録ユーザ宛に、開発元から直接ダウンロードサイトの情報が電子メールにて連絡されます。

      ※WIEN2kは、実行プログラム形式ではなく、ソースコードで配布されています。ダウンロードの後、Fortran90コンパイラにより、プログラムを実行形式にビルドする必要があります。(※IA32-Linux環境のみ、ビルド済みのプログラムが配布されています)

       

       

      価格情報

      ライセンスの種類

      商品名 価格
      WIEN2k お問い合わせください
      WIEN2k 官公庁用 お問い合わせください
      WIEN2k 教育用 お問い合わせください
      WIEN2k オンサイト(出張)インストール 100,000円(税別)~

      ※上記価格は、予告なく変更する場合がございます。

       

       

      オンサイト(出張)インストールについて

      弊社スタッフがWIEN2kを導入されるサイトへ訪問し、導入支援を行うサービスです。インストール対象システム等により、料金体系が異なります。また、遠方地の場合、交通費実費を別途ご請求させて頂きます。詳しくはお問合わせください。

       

      ※重要:WIEN2kは、ダウンロード版のみのご提供となります。CD-ROM等のインストールメディアおよび印刷マニュアル等は付属しておりません。ご注文時にご連絡いただく登録ユーザ宛に、開発元から直接ダウンロードサイトの情報が電子メールにて連絡されます(メール本文中にInvoiceとありますが、支払いは弊社にて対応しますので、こちらは無視して頂いて結構です)。

       

      FAQ

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      公開日:2020/01/08
      最終更新日:2020/08/28