入力ファイルエディター（LAMMPS固有の設定）¶

Force-Field（力場）¶

入力ファイルエディターの Force-Field で力場の設定を行います。画面右下のメニュー editormenuicon から Force-Field をクリックしてください。

Type of Force Field で使用したい力場の種類を選ぶと、それに対応した設定項目が有効になりますので、設定を行ってください。

力場の設定後、設定内容に応じて各原子のパラメーターを調整する必要がある場合には、 Resolve Force Field の Apply ボタンが赤色になりますので、クリックして設定を反映させてください。

原子に電荷を設定しない力場の場合、 Request Charge をyesに設定することで、外部電場用の電荷を設定することができます。

Lennard-Jones¶

Non-Bonded Interactions 欄でLennard-Jonesポテンシャル $E=4\epsilon [(\sigma /r)^{12} -(\sigma /r)^6]$ のパラメーター $\epsilon$ 、 $\sigma$ を設定してください。

Charge & Lennard-Jones¶

Lennard-Jonesポテンシャルのパラメーターに加え、電荷を設定して下さい。全電荷が0でない場合、 Resolve Force Field の Apply ボタンをクリックすると、全電荷が0になるように一定の値を差し引きます。

OPLS-AA¶

Resolve Force Field の Apply ボタンをクリックすると、OPLS-AAパラメーターセットに基づき、電荷およびLennard-Jonesポテンシャルのパラメーターを設定します。その後、全電荷が0になるように一定の値を差し引きます。

Non-Bonded Interactions 欄の各行を右クリックすると、割り当ての詳細を確認できます。

NeuralMD¶

Atomic Energy を without bias に設定することで、LAMMPS実行時にニューラルネットワーク最終層のバイアス項（原子の内部エネルギーに相当する定数）を0にし、原子エネルギーの平準化を図る機能が有効になります。

Potential File で設定する力場ファイルはAdvance/NeuralMDで生成するか、学習済みの力場ファイルを力場データベースからダウンロードして使うこともできます。

ヒント

NeuralMD力場は、GPUを使って計算を高速化することができます。

（Linuxのみ）ローカルで実行する場合、メインメニュー ‣ Properties ‣ Advance/NeuralMD の Number of GPU に使用するGPUの数を設定します。複数のGPUを使用する設定の場合、MPI並列のプロセスを各GPUに均等に割り当てて実行されます。0を設定するとGPUを使用しません。
リモートで実行する場合、SSHサーバーの設定で使用するキューのGPU設定を有効にしてください。

注釈

GPUドライバを事前にインストールしておく必要があります。CUDA 11.4.4を使用しており、これに対応するドライババージョン470.82.01以上が必要です。
元素数が5以上の場合は、力場作成時に重み付き対称関数を使っている必要があります。
ここでの設定はNeuralMD関連の計算にのみ適用されます。それ以外のグラフニューラルネットワーク力場のGPU使用の設定とは独立しています。これらのGPU使用についてはそれぞれの環境設定方法を参照してください。

汎用グラフニューラルネットワーク力場¶

オープンソースで公開されている、グラフニューラルネットワークに基づく学習済みの汎用力場を使います。

MatGL
- M3GNet
CHGNet
MACE
- MACE-Osaka24
MACE-OFF
Orb
MatterSim
FAIR-Chem
- EquiformerV2

LAMMPSからPythonを呼び出して実行するため、事前にPython環境の設定が必要である他、いくつか制約があります。 info をクリックすると説明が表示されます。

MPI並列には非対応です（OpenMP並列・GPUを使った計算が可能です）。
一部のモデルでは、ビリアル応力が計算できないため、NPT・NPHアンサンブルでの計算、およびセルの最適化には非対応です。

Python環境の設定方法

Model には同梱されている学習済みモデルが表示されます。また、画面左上のアイコン mainmenuicon から Import ‣ Import GNNP model でモデルをインポートできます。

SevenNet¶

SevenNet として公開されている、グラフニューラルネットワークに基づく学習済みの汎用力場を使います。

マルチGPUに対応しており、1GPUあたり1MPIプロセスでの実行が想定されています。

SevenNetに対応したLAMMPSの実行ファイルはNanoLaboに同梱されておりません。リポジトリの説明に従ってリモートサーバー上に実行環境を用意し、実行ファイルを lammps_sevennet というファイル名で用意してください。必要に応じ、Job Script設定画面で PATH を設定してください。

Model にはSevenNetに同梱されている学習済みモデルが表示されます。また、画面左上のアイコン mainmenuicon から Import ‣ Import SevenNet model でモデルをインポートできます。

Scheme（計算過程）¶

入力ファイルエディターの Scheme で計算過程の設定を行います。画面右下のメニュー editormenuicon から Scheme をクリックしてください。

画面右側の Setting Scheme で計算過程のパラメーターを設定します。

Shape of Cell: NPH、NPTにおけるセル変形の拘束条件の設定

Isotropic

等方的な変形を許す

Anisotropic

x,y,z軸方向の伸縮を許す

Triclinic

任意の変形を許す

XY Isotropic

YZ Isotropic

XZ Isotropic

2つの軸方向の同じ割合での伸縮を許す

XY Anisotropic

YZ Anisotropic

XZ Anisotropic

2つの軸方向の伸縮を許す

XY Monoclinic

YZ Monoclinic

XZ Monoclinic

2つの軸を含む面内の任意の変形を許す

X Mobile

Y Mobile

Z Mobile

1つの軸方向の伸縮を許す

Add Scheme の Apply をクリックすると、画面左側に設定内容がタイル状に表示されます。必要に応じ、設定 → Apply を繰り返して過程を追加していきます。

タイルの左上の数字が過程の実行される順番です。前へボタン lpback 、後へボタン lpfwd で順番を入れ替えます。削除ボタン lpdel で削除します。

また、ショートカットキーによる操作ができます。

操作
直前に追加したタイルを削除	`Ctrl` + `C` , `Backspace` , `Delete`
アンドゥ（直前の操作の取り消し）	`Ctrl` + `Z`
リドゥ（取り消した操作のやり直し）	`Ctrl` + `Shift` + `Z`

^* macOSでは Ctrl → command と読み替えてください。

追加済みのタイルの設定を後から編集するには、タイルをダブルクリックしてください。 Set the scheme ウィンドウが表示され、設定を編集できます。

また、 Statistical Properties の各項目を yes に設定することで、統計量（熱伝導率、粘性係数、拡散係数、動径分布関数(RDF)）が計算され、結果画面に表示されます。熱伝導率、粘性係数については、 dotsmenuicon からパラメーターを設定できます。

各熱力学量や原子構造は毎ステップではなく、間を空けて出力されます。 Interval to Print Logs で出力の間隔をステップ数で設定できます。

Option（追加操作）¶

入力ファイルエディターの Option で外場・外力等の設定を行います。

E-Field
静電場を印加します。
Ext. Forces
外力を印加します。
Move Atoms
原子を一定の速度で（原子に働く力に依らず）動かします。
Deform Cell
セルを一定の速度で変形させます。対象とする原子はセルの変形に追随します。

各タブの Target Group で対象とする原子グループを選び、パラメーターを入力します。

これらの設定は、 Scheme の過程ごとに独立しており、 Target Scheme で選択されている過程にのみ適用されます。

ヒント

初速度を与えて原子を動かすにはこの画面ではなく、 Geometry の Velocities で設定します。

また、 Target Group として最初はall（全ての原子）のみが選択できますが、Groups で原子グループを定義することができます。 add をクリックして行を追加し、 Element で元素を選択して一括で指定するか、 Atoms のボタンをクリックして原子を選択して指定します。原子グループを削除するには行の右クリックメニューから Delete をクリックします。

注釈

LAMMPSの仕様により、原子グループ数の上限は32個（allを除いて、31個まで追加可能）となります。

User's（ユーザー定義）¶

入力ファイルエディターの User's で任意コマンド追加、任意変数出力・グラフ化の設定を行います。

User's Additional Settings into Input-file
テキストボックスに任意のLAMMPSコマンドを追加すると、入力ファイルに挿入されます。
User's Variables to Output and Plot
変数を追加すると、結果画面にボタンが追加され、時系列プロットとして表示することができます。また、CSVファイルにもカラムが追加されます。

変数としてはあらかじめ定義されているもの（LAMMPSマニュアル参照）や、LAMMPSコマンドで追加したものを使えます。

例として、bond・angleが定義されている計算（OPLS-AA力場）で、各時刻の結合距離・結合角の平均をプロットし、ヒストグラムをファイル出力する設定を示します。

User's Additional Settings into Input-file

compute 1 all bond/local dist
compute 2 all angle/local theta
compute 3 all reduce ave c_1 c_2
fix 1 all ave/histo 10 10 100 0.8 1.1 20 c_1 mode vector file dist.histo
fix 2 all ave/histo 10 10 100 80 120 20 c_2 mode vector file theta.histo

User's Variables to Output and Plot

c_3[*]

LAMMPSコマンドの使い方についてはLAMMPSのマニュアルを参照してください。

Isotropic	等方的な変形を許す
Anisotropic	x,y,z軸方向の伸縮を許す
Triclinic	任意の変形を許す
XY Isotropic YZ Isotropic XZ Isotropic	2つの軸方向の同じ割合での伸縮を許す
XY Anisotropic YZ Anisotropic XZ Anisotropic	2つの軸方向の伸縮を許す
XY Monoclinic YZ Monoclinic XZ Monoclinic	2つの軸を含む面内の任意の変形を許す
X Mobile Y Mobile Z Mobile	1つの軸方向の伸縮を許す