SINDO_ORCA_PROJECT README

開発環境

• Python 3.10.12
• ORCA 6.0
• SINDO 4.0

必要モジュール

以下のモジュールを使用します。（標準ライブラリは省略）

import numpy as np
import itertools
from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor, as_completed

実行方法

1. ORCA で分子の構造最適化を行う。
2. orca_minfo/main.py を実行する。
   • ORCA のアウトプットファイルのディレクトリと、ファイル名（拡張子なし）を入力する。
   • output/ ディレクトリに .minfo ファイルが生成される。
3. minfo_QFF/main.py を実行する。
   • 振動モードの次数 (MR) を入力する。
   • output/ ディレクトリに makePES を実行するためのファイル run_qff.sh が生成される。
   • これを実行する。
4. QFF_xyz/main.py を実行する。
   • output/ ディレクトリに makeGRID を実行するためのファイル run_grid.sh が生成される。
   • これを実行する。
5. grid/main.py を実行する。
   • 初期設定では、Free の CPU コアを全て使用して並列処理するので注意。
6. 以上の手順で、output/ ディレクトリ内に SINDO に必要なファイル が出力される。
   • .minfo
   • /pot/ ディレクトリに .pot と .dipole

.minfo の仕様

.minfo ファイルには以下の情報が記述される。

[ Atomic Data ]

以下のような形式で記述される:

4
 N, 7, 14.00700, -0.00000979766170, 0.00000001023639, 0.15618266605276
 H, 1, 1.00800, 0.93780599077684, -0.00000002171415, -0.25206416695381
 ...

• 最初の数値: 原子の数
• 各行のデータ:
  • 元素記号
  • 原子番号
  • 原子量
  • 座標 (X, Y, Z)

[ Electronic Data ]

• Energy(エネルギー)
• Charge(電荷)
• Multiplicity (多重度)
• Gradient(勾配)
• Hessian(ヘシアン行列)
• Dipole Moment(双極子モーメント)
• Polarizability(分極率)
• Dipole Derivative(双極子微分係数)

[ Vibrational Data ]

Normal modes (ORCAで最適化する際に必ず、PROJECTTR false のオプションをつける)

• Translational Frequency(並進モード)
• Rotational Frequency(回転モード)
• Vibrational Frequency(振動モード)

振動モードの分類ロジック

振動モードは次の手順で分類される:

1. 全振動モード数

   • 直線分子: 3N - 5
   • 非直線分子: 3N - 6

   (ただし、直線分子かどうかの判定は外積を用いて自動的に判別するので、意図しない判定になっていないか要確認)

2. 基準振動数の選択

   • 計算された振動モードの中から、最も基準振動数の高いものから 3N - 5 (または 3N - 6) 個を選択。

3. Rotational および Translational の分類

   • 残った正の振動モードのうち、大きいものから順に Rotational Frequency に分類。
   • さらに残ったものを Translational Frequency に分類。

この方法により、正しいモードの割り当てが行われる(例外もあるため、実行前に要確認)

.pot と .dipole の仕様

振動モードが 1 つの場合

B3LYP/cc-pVDZ (11)
# Number of grids and data
    11      1 
#   q1              Energy
   -27.68533983     1.4771550955e-01
   -21.00502784     7.7402241929e-02
   -15.28949299     3.8599008997e-02

• 基底関数: 計算に用いた基底関数。
• グリッド数: 解析対象の振動座標の点数。
• 座標部分: 振動座標と平衡座標の変位ベクトルに原子の重み付けをし、それに対応する基準振動ベクトルの内積を 50 倍したもの。
• エネルギー: ORCA でエネルギー計算を行い、平衡座標でのエネルギーとの差分を記録。

振動モードが複数のカップリングの場合

B3LYP/cc-pVDZ (11)
# Number of grids and data
    11     11     11      1 
#   q1              q2              q3              Energy
   -42.18928897    -28.05499848    -27.68533983     4.4534309389e-02
   -32.00925814    -28.05499848    -27.68533983     2.3767882545e-02

• 座標部分: makeGrid.xyz で生成されたカップリング振動状態の座標を、単体の振動モード座標を用いて重み付けの内積の50倍を計算。
• エネルギー: カップリング状態の座標でエネルギーを求め、各振動モード単体のエネルギーの合計を引いたもの。

.dipole も双極子モーメントに対して同様の処理が適用される。