分子結晶の構造予測

最終更新日：2026年10月16日

情報

CrySPYの基本的な使い方については，はじめにチュートリアル > ランダムサーチ（RS）を参照．

ここでは，分子結晶の構造生成のみを扱う． 本ページでは，構造生成の際に分子や原子団をユニットとして配置する結晶を「分子結晶」と呼ぶ．Li3PS4の例のように，単原子や多原子イオンをユニットとして扱う場合も含む．

バージョン0.9.0以降では，PyXtalを用いた分子結晶のランダム構造生成が可能．

PyXtalのデータベースに登録された分子を使用するか，分子構造を定義したファイルを用意する． PyXtalの分子データについては，PyXtalのドキュメントを参照．

登録済みの分子

PyXtalに登録された分子には，C60，H2O，CH4，NH3，benzene，naphthalene，anthracene，tetracene，pentacene，coumarin，resorcinol，benzamide，aspirin，ddt，lindane，glycine，glucose，ROYがある．

ここでは，ベンゼン分子2個からなる分子結晶の構造を生成する．

作業ディレクトリに移動し，以下のいずれかの方法で入力ファイルの例を用意する．

  • CrySPY Utility > examples > qe_benzene_2_RS_molからダウンロードする．
  • インストール済みのCrySPY Utilityからコピーする．
  • （バージョン0.10.3以前のみ）cp -r ~/CrySPY_root/CrySPY-0.9.0/example/QE_benzene_2_RS_mol .

cryspy.inを確認する．

$ cat cryspy.in
[basic]
algo = RS
calc_code = QE
tot_struc = 6
nstage = 2
njob = 2
jobcmd = qsub
jobfile = job_cryspy

[structure]
struc_mode = mol
atype = H C
nat = 12 12
mol_file = benzene
nmol = 2

[QE]
qe_infile = pwscf.in
qe_outfile = pwscf.out
kppvol = 40  60

[option]
rslt_out = always

分子結晶の構造生成では，[structure]セクションでstruc_mode = molを指定する． 使用する分子と分子数は，以下のように指定する．

  • mol_file = benzene
  • nmol = 2

v1.5.0でtimeout_molは削除された．

CrySPYを実行し，初期構造（./data/init_POSCARS）を確認する．

ユーザー定義の分子

作業ディレクトリに移動し，Li3PS4の2化学式単位分の入力ファイルの例をコピーする．

  • バージョン1.0.0以降
    • CrySPY Utilityからコピーする．
  • バージョン0.10.3以前
    • cp -r ~/CrySPY_root/CrySPY-0.9.0/example/QE_Li3PS4_2fu_RS_mol .
$ cd QE_Li3PS4_2fu_RS_mol
$ ls
Li.xyz  PS4.xyz  calc_in/  cryspy.in

LiとPS4の分子ファイルが含まれている．PyXtalでは，.xyz，.gjf，.g03，.g09，.com，.inp，.out形式，およびpymatgenの分子データをJSON形式で保存したファイルを使用できる．

$ cat Li.xyz
1
New structure
 Li  0.000  0.000  0.000
$ cat PS4.xyz
5
New structure
 P    0.000000    0.000000    0.000000
 S    1.200000    1.200000   -1.200000
 S    1.200000   -1.200000    1.200000
 S   -1.200000    1.200000    1.200000
 S   -1.200000   -1.200000   -1.200000

cryspy.inを確認する．

$ cat cryspy.in
[basic]
algo = RS
calc_code = QE
tot_struc = 4
nstage = 2
njob = 1
jobcmd = qsub
jobfile = job_cryspy

[structure]
struc_mode = mol
atype = Li P S
nat = 6 2 8
mol_file = ./Li.xyz  ./PS4.xyz
nmol = 6 2

[QE]
qe_infile = pwscf.in
qe_outfile = pwscf.out
kppvol = 40  60

[option]
rslt_out = always

分子結晶の構造生成モードでは，単一の原子（この例ではLi原子）も1つの分子として扱う． この例では，以下の指定により，Li原子6個とPS4分子2個からなる分子結晶のランダム構造を生成する．

  • mol_file = ./Li.xyz ./PS4.xyz
  • nmol = 6 2

mol_fileには，cryspy.inがあるディレクトリからの相対パスを指定する． この例では，分子ファイルをcryspy.inと同じディレクトリに置いている．

CrySPYを実行し，初期構造（./data/init_POSCARS）を確認する．

セル体積

cryspy.inのvol_factorで体積スケーリング係数を指定できる． デフォルトは1.1．正の数値を1つ指定する． 例えば，係数を1.5にする場合は以下のように記述する．

struc_mode = mol
atype = Li P S
nat = 6 2 8
mol_file = ./Li.xyz  ./PS4.xyz
nmol = 6 2
vol_factor = 1.5