Cvièení { zonální tavba NaCl

Transkript

1 Cvièení { zonální tavba NaCl 1/21 Evropský sociální fond þpraha & EU: Investujeme do va¹í budoucnostiÿ Inovace pøedmìtu Poèítaèová chemie je podporována projektem CHEMnote (Inovace bakaláøského studijního programu Chemie { moderní vzdìlávání podpoøené pou¾itím notebookù { CZ.2.17/3.1.00/33248) v rámci Operaèního programu PRAHA { ADAPTABILITA.

2 Bod tání modelu NaCl 2/21 Úkol: Stanovte bod tání modelu NaCl metodou zonální tavby (slab geometry) Model: Lennard Jones + náboje 1 Postup: pøipravte nanokrystalek (Na 4 Cl 4 ) replikujte tento motiv krát a simulujte krystal v periodických okrajových podmínkách stanovte hustotu a radiální distribuèní funkci krystalu roztavte a stanovte hustotu a radiální distribuèní funkci taveniny replikujte krystal krát a roztavte polovinu boxu simulujte za dané teploty a sledujte, zda krystal narùstá èi se taví 1 In Suk Joung and Thomas E. Cheatham, III: J. Phys. Chem. B 112, 9020{9041 (2008)

3 Poèítaèe k pou¾ití 3/21 PC klastry (dávkové spou¹tìní del¹ích výpoètù): 403-as67-03 (Selen) 403-a (Argon) 403-as67-01 (Neon) Poèítaèe (pøímý výpoèet v¹eho): 403-a (2 procesory po 2 vláknech) a325-1 (2 procesory) Budete pøipojeni jako u¾ivatel guest. Máte-li vlastní úèet na klastru, mù¾ete ho pou¾ít.

4 Pøipojení na vzdálený poèítaè { mobaxterm 4/21 Mobaxterm v sobì zahrnuje terminál i X-server. Najdìte: S:\Kolafa\MobaXterm Personal 10.4.exe resp. //pyr.vscht.cz/scratch/kolafa/mobaxterm Personal 10.4.exe Spus»te, potvrïte v¹e a ignorujte rùzné paranoidní hlá¹ky Kliknìte na + Start local terminal V oknì terminálu spus»te vybranou relaci, napø.: [ ] ssh -X guest@403-as67-03 Heslo je tajné { øeknu na místì Bìhem psaní hesla se nic nezobrazuje! Máte-li vlastní úèet na klastru, mù¾ete ho pou¾ít Vzdálený pøístup (VPN) byl zakázán a je mo¾ný pouze na výjimku Pokud by mobaxterm nefungoval, viz þalternativa: PuTTY + XMingÿ

5 Pøipojení na vzdálený poèítaè { mobaxterm 5/21

6 Alternativa: PuTTY + XMing + 6/21 Terminál s pøíkazovým øádkem (PuTTY) Windows Start hledat putty a program spus»te. Host name poèítaè Connection SSH [ Tunneling] X11 x Enable X11 forwarding zpìt Session Open Login as: guest máte-li, pou¾ijte vlastní úèet Password: (sdìlím) X server pro zobrazení graky (Xming) Windows Start hledat xming a spus»te V¹echny dotazy potvrdit. Ve stavovém øádku se musí objevit ikona

7 Test pøipojení 7/21 Základním zpùsobem práce pod Unixem/Linuxem jepøíkazový øádek, co¾ je vstup interpretu pøíkazù (shellu): napí¹ete pøíkaz a stisknete Enter. Zaèátek øádku (napø. guest@a325-1:~$ ) se nazývá prompt. Celé okno s promptem a výstupem se nazývá terminál. Pokud chcete pøedchozí pøíkaz opravit a spustit znova, pou¾ijte kurzorovou ¹ipku nahoru a opravte. Jako test, ¾e pøipojení je v poøádku, zkuste: nebo xeyes guest@a325-1:~$ xclock Zobrazí se hodiny. Hodiny zru¹te buï my¹í, nebo stiskem Ctrl-c v oknì terminálu. Nevidíte hodiny??? Nejsou ikonizované? Hledejte dole na li¹tì. Restartujte mobaxterm Restartujte Windows... Zkuste PuTTY + XMing, viz pchem00.pdf

8 (Start: pro ty, kdo mají vlastní úèet na klastru) 8/21 Zalo¾te si slo¾ku a rozbalte data: mkdir vase slozka cd vase slozka unzip /home/guest/a.zip Pak musíte nastavit prostøedí: Pokud pou¾íváte bash: source env.sh Pokud pou¾íváte tcsh: source env.csh Pokud nevíte, jaký shell máte: ps x

9 Midnight Commander 9/21 Je nadstavba shellu podobná aplikaci Total Commander (Windows Commander) vhodná pro u¾ivatele zvyklé na Windows. nastartujte Midnight Commander pøíkazem mc Z dùvodu ostatních u¾ivatelù mù¾e být obrazovka v nestandardní pozici. Pomocí Tab pøejdìte na panel, který má nahoøe vlnovku (~) 2. zobrazit výpisy na obrazovku/commander (pøepínaè) spravit rozbitou obrazovku (po výstupu) prohlí¾ení souboru (mù¾e být pøedenováno) editace textového souboru nový textový soubor + editace menu start asociované aplikace, zmìna slo¾ky ukonèit Midnight Commander Ctrl-o Ctrl-l F3 F4 Shift-F4 F9 Enter, doubleclick F10 Simulaèní soubory jsou asociovány s aplikacemi (viz pøílohy na konci) 2 Vlnovka znaèí domovskou slo¾ku u¾ivatele, zde ~ = /home/guest.

10 Start: guest 10/21 Skript je sada pøíkazù v interpretovaném programovacím jazyce. Simulaèní cvièení je pøipraveno ve formì skriptù v jazyce bash (stejný, jaký interpretuje pøíkazy va¹eho shellu). Konvenèní koncovka bash-skriptu je.sh, èasto je oznaèen *, co¾ znaèí spustitelnost. Skripty budete postupnì spou¹tìt { nejlépe z prostøedí Midnight Commanderu. Nastavení prostøedí u¾ivatele: Spus»te skript A.sh. Proto¾e jste v¹ichni jeden u¾ivatel guest, musíte pracovat ka¾dývlastní slo¾ce. Skript se vás proto zeptá na jméno slo¾ky, kterou zalo¾í a do které zkopíruje potøebné soubory. V této slo¾ce budete dále pracovat. Po skonèení skriptu A.sh najdìte svou slo¾ku a pøejdìte do ní. Objeví se sada skriptù A01-Na4Cl4.sh, A02-repl.sh,...

11 A01-Na4Cl4.sh (nanokrystalek) 11/21 Hustota modelu NaCl je 2.1 g cm 3, M(NaCl) = 58.4 g mol 1. Vypoètìte velikost hrany L krychlièky obsahující Na 4 Cl 4, pøeveïte na A. Spus»te skript A01-Na4Cl4.sh a vlo¾te vypoètené èíslo do programu. Prohlédnìte si vytvoøený krystalek. Návod pro show: Kontextový návod: stiskni tlaèítko pravým tlaèítkem my¹i My¹: kliknutí oznaèuje molekuly v re¾imech 6 a 7 (nebudete potøebovat) ta¾ení rotuje a pohybuje kongurací: { levé tlaèítko: rotace okolo ^x, ^y { prostøední tlaèítko: pøesun { pravé tlaèítko: rotace okolo ^z koleèko = zoom Start trajektorie (a¾ budete nìjakou mít): > Pokud se budete nudit: NFF nebo ZBUF + one frame + render

12 A02-repl.sh (pøíprava krystalku Na 108 Cl 108 ) 12/21 V dal¹ím kroku pomno¾íme krystalek 3 v ka¾dém smìru a necháme chvilku simulovat za teploty 300 K a tlaku 1 atm. Zaøídí to skript A02-repl.sh. K tomu je potøeba jednak denice silového pole (pøipraví se sama), jednak denièní soubor simulace. Pro zvý¹ení umìleckého dojmu si ho mù¾ete prohlédnout na následující stránce.

13 cryst300.def { denièní soubor první simulace n=108! pomocna promenna N[0]=n N[1]=n! pocet Na+ a Clrho=2050! referencni hustota [kg/m3] cutoff=8.607! elst cutoff (pro Ewaldovu sumaci) [A] LJcutoff=cutoff! Lennard-Jones cutoff [A] rdf.grid=20! mereni struktury (rad. distr. f.) [1/A] el.epsk=2 el.epsr=0.4! presnost vypoctu elst. sil [K/A] el.diff=0.3! omezi urcita varovani o presnosti noint=30 h=0.1/noint! pocet kroku/cyklus a delka kroku [ps] no=100! pocet cyklu dt.plb=1! jak casto se bude zapisovat "playback" [ps] thermostat="andersen"! nahodne stouchance (Maxwell-Boltzmann) T=300! teplota [K] (bude zmeneno) tau.t=1! casova konstanta termostatu [ps] P=101325! tlak [Pa] bulkmodulus=2e13/(t+300)! odhad modulu pruznosti (pro barostat) tau.p=2! konstanta barostatu [ps]! start z predch. konfig.; nove me- init="start" reni a zaznam! TOHLE BUDE SMAZANO PO PRVNIM KROKU: load.n[0]=3! pomnozit 3x ve smeru x load.n[1]=3! pomnozit 3x ve smeru y load.n[2]=3! pomnozit 3x ve smeru z ;! konec dat 13/21

14 A03-cr-ini.sh (poèáteèní relaxace) 14/21 Skript se vás zeptá na teplotu, kterou dostanete od vyuèujícího. Vhodný interval teplot je 1200{1400 K. Stejná teplota pak bude pou¾ita i v kroku A09. Na grafech velièin v závislosti na èase vidíme, zda máme systém zrelaxovaný do rovnováhy. Zobrazeny jsou závislosti teploty, potenciální energie a hustoty na èase. V¹echny grafy zru¹íte nejrychleji pomocí kill all Pokud grafy stále vykazují Na dotaz trend, nutno tento krok opakovat. Opakovat michani s init="append" (A/n)? odpovídáme buï a Enter nebo A Enter nebo n Enter nebo N Enter. Jak je zvykem ve svìtì unixu, velké A znamená default, tedy jen Enter znamená také ano. Nejpomaleji konverguje hustota; pokud se mìní jen o ± 10 kg m 3, je to OK.

15 A04-cr-sim.sh simulace v rovnováze 15/21 Spustíme simulaci s vytvoøeným krystalem je¹tì jednou a budeme mìøit. Proto¾e simulace bude del¹í, bude spu¹tìna nikoliv na serveru, ale dávkovì na nìkterém z klientù klastru (neplatí pro a325-1). A05-cr-view.sh prohlí¾ení výsledkù 1=show (video trajektorie) 2=konvergenèní proly (velièiny v závislosti na èase) 3=radiální distribuèní funkce (kliknutím do grafu pravou my¹í si zobrazíte význam barev) 4=kumulativní distribuèní funkce (running coordination number) = poèet sousedù daného iontu do dané vzdálenosti (kliknutím do grafu pravou my¹í si zobrazíte význam barev)

16 A06-melt-ini.sh tavení krystalu 16/21 Teplota je nastavena na 1900 K. Opìt sledujte, zda je systém v rovnováze. A07-melt-sim.sh simulace taveniny Simulace zrelaxované taveniny bude provedena dávkovì na klastru. A08-melt-view.sh prohlí¾ení výsledkù Podobné jako v pøípadì krystalu. (Body A06{A08 mù¾ete pøeskoèit a pokraèovat bodem A09.)

17 A09-zone-ini.sh Pøíprava zonální tavby 17/21 Krystal pøipravený v bodech A03 a¾ A05 bude zreplikován tøikrát ve smìru osy z. Výsledný krystal bude je¹tì trochu prota¾en ve smìru z. Bude zapnut speciální typ termostatu, který bude prostøedek krystalu zahøívat a þkonceÿ (jsou periodicky spojeny) chladit. Tím dostaneme vrstvu ve smìry osy z krystalu a vrstvu taveniny (tzv. þslab geometryÿ). Velikost boxu ve smìrech x a y je konstatní a dána prùmìrnou hodnotou ze simulace krychlového krystalu. Tento krok je opìt spu¹tìn dávkovì. Trik: strukturu lépe uvidíte, pokud pou¾ijete rovnobì¾né promítání (tlaèítko proj ) a men¹í koule (view: - )

18 A10-zone-sim.sh Zonální tavba 18/21 Kongurace z pøedchozího kroku bude simulována za konstantní teploty a konstantního tlaku ve smìru osy z. Ve smìrech x,y se velikost simulaèní buòky nemìní. Simulace bude spu¹tìna na nìkterém z klientù klastru. A11-zone-show.sh prohlí¾ení trajektorie Trajektorii zapisovanou bì¾ící simulací je mo¾né prohlí¾et. Sledujte, zda krystal taje nebo narùstá. Po zavøení programu show budete dotázáni, zda pøeru¹it simulaci.

19 A12-prubeh.sh Prùbìh tavby 19/21 Zobrazí se graf závislosti hustoty na èase pro právì probìhlou simulaci. Tvùj výsledek je bíle a tuènì. Výsledky ostatních na stejném poèítaèi jsou barevnì a tence. Po provedení v¹ech cvièení: úklid Sma¾te svou slo¾ku pomocí F8 Peèlivì zkontrolujte, zda nema¾ete slo¾ku nìkoho jiného! Vyskoète z Midnight Commanderu (F10 ) a shellu (exit Enter )

20 Dodatek: Linux command prompt survival kit 20/21 odhlá¹ení exit pøehled nedávno zadaných pøíkazù history zmìna slo¾ky (adresáøe) cd SLO KA zpìt cd.. výpis souborù ve slo¾ce ls nìkterých podrobnì ls -l a*.g výpis obsahu (krátkého ASCII) souboru cat SOUBOR smazání souboru rm SOUBOR kopírování souboru (KAM=soubor n. slo¾ka) cp SOUBOR KAM pøesun èi pøejmenování souboru mv SOUBOR KAM editace (nového nebo starého) souboru mcedit SOUBOR pøeru¹ení bì¾ícího programu Ctrl-c Nevidíte-li prompt, proto¾e ho pøekryl text, stisknìte Enter. Ctrl-c v terminálu není þcopyÿ, ale pøeru¹uje bì¾ící program! Text v terminálu se po oznaèení kopíruje pravým tlaèítkem my¹i.

21 Dodatek: typy souborù 21/21 Nìkteré typy MACSIMUS souborù a asociované aplikace. Asociovaná aplikace se spustí z mc dvojklikem nebo Enter. Dal¹í asociovaná aplikace (jiná funkce) pak F3 Z pøíkazového øádku pøíkazem start, dal¹í pak starts typ obsah aplikace akce.che chem. vzorec blend editace, minimalizace od zaè. F3 = viz vý¹e + normální vibraèní módy.mol mol. topologie blend editace, minimalizace.plb trajektorie show prohlí¾eè trajektorie.cp konvergenèní prol showcp,plot zobrazí konvergenèní proly.cfg kongurace showcfg,plot zobrazí konguraci.sta namìøená data staprt statistická analýza výsledkù (F3=podrobnì).rdf párový histogram rdfg,plot zobrazí radiální distribuèní funkce F3 = kumulativní f. (koordinaèní èíslo).g RDF plot zobrazí radiální distribuèní funkci.cn kumulativní RDF plot zobrazí kumulativní distribuèní funkci.def parametry simulace go provede pøíkaz v 1. øádku.get øízení simulace go provede pøíkaz v 1. øádku.n data scény ray renderuje a zobrazí scénu