チュートリアル08:water finger の解析と2次元自由エネルギー面の計算のソースを表示

本章ではwater finger の解析と2次元自由エネルギー面の計算について説明する。

== 計算する系の作成 ==
　[[チュートリアル07:REUSを用いた1次元自由エネルギー面の計算#計算する系の作成|チュートリアル07]]で用いた系と同様の系を考える。Clイオンと水層の重心とのz方向の距離を[[一般化座標(ユーザー定義座標)|一般化座標z]]とし、water finger を射影した座標を[[一般化座標(ユーザー定義座標)|一般化座標w]]とする。
water finger を解析するための初期構造は、イオンが界面油相側に存在する方が扱いやすい。そこでまず、Cl<sup>-</sup>を水重心から20Å離れた位置に置く。
系は[[チュートリアル07:REUSを用いた1次元自由エネルギー面の計算#計算する系の作成|チュートリアル07]]で用いたものを使えばよい。

== ネームリストの作成①（系の平衡化） ==
===water finger座標wの設定===
　[[チュートリアル07:REUSを用いた1次元自由エネルギー面の計算#ネームリストの作成①（系の平衡化）|チュートリアル07]]で用いたネームリストにwater finger座標wを加える。
 === input.nml ================================================================================
 &FreeFlex
   (略)
 /
 
 &spcoord
   condition = "WATFING 878 877 -0.4d-10"
 /
 ===============================================================================================

===バイアスの設定===
　二次元のバイアスを用意する。バイアスの置き方は以下に示す。
バイアス番号さえ対応していれば，図のようなピラミッド型ではなく縦に並べてもよい。

[[ファイル:160.PNG|1000px]]

 === input.nml =================================================================================
 
   (略)
  
 &biasdata
 PARABOLIC 1 1 2 0.5d-10 0.1000000000E-08  1
 PARABOLIC 1 1 2 0.5d-10 0.1100000000E-08  2
 PARABOLIC 1 1 2 0.5d-10 0.1200000000E-08  3
 PARABOLIC 1 1 2 0.5d-10 0.1300000000E-08  4
 PARABOLIC 1 1 2 0.5d-10 0.1400000000E-08  5
 PARABOLIC 1 1 2 0.5d-10 0.1500000000E-08  6
 PARABOLIC 1 1 2 0.5d-10 0.1600000000E-08  7
 PARABOLIC 1 1 2 0.5d-10 0.1700000000E-08  8
 PARABOLIC 1 1 2 0.5d-10 0.1800000000E-08  9  25
 PARABOLIC 1 1 2 0.5d-10 0.1900000000E-08  10 26 41
 PARABOLIC 1 1 2 0.5d-10 0.2000000000E-08  11 27 42 56
 PARABOLIC 1 1 2 0.5d-10 0.2100000000E-08  12 28 43 57 70
 PARABOLIC 1 1 2 0.5d-10 0.2200000000E-08  13 29 44 58 71 83
 PARABOLIC 1 1 2 0.5d-10 0.2300000000E-08  14 30 45 59 72 84 95
 PARABOLIC 1 1 2 0.5d-10 0.2400000000E-08  15 31 46 60 73 85 96  106
 PARABOLIC 1 1 2 0.5d-10 0.2500000000E-08  16 32 47 61 74 86 97  107 116
 PARABOLIC 1 1 2 0.5d-10 0.2600000000E-08  17 33 48 62 75 87 98  108 117 125
 PARABOLIC 1 1 2 0.5d-10 0.2700000000E-08  18 34 49 63 76 88 99  109 118 126 133
 PARABOLIC 1 1 2 0.5d-10 0.2800000000E-08  19 35 50 64 77 89 100 110 119 127 134 140
 PARABOLIC 1 1 2 0.5d-10 0.2900000000E-08  20 36 51 65 78 90 101 111 120 128 135 141 146
 PARABOLIC 1 1 2 0.5d-10 0.3000000000E-08  21 37 52 66 79 91 102 112 121 129 136 142 147 151
 PARABOLIC 1 1 2 0.5d-10 0.3100000000E-08  22 38 53 67 80 92 103 113 122 130 137 143 148 152 155
 PARABOLIC 1 1 2 0.5d-10 0.3200000000E-08  23 39 54 68 81 93 104 114 123 131 138 144 149 153 156 158
 PARABOLIC 1 1 2 0.5d-10 0.3300000000E-08  24 40 55 69 82 94 105 115 124 132 139 145 150 154 157 159 160
 PARABOLIC 1 2 2 0.5d-10 0.3000000000E-09  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36 37 38 39 40
 PARABOLIC 1 2 2 0.5d-10 0.4000000000E-09  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52 53 54 55
 PARABOLIC 1 2 2 0.5d-10 0.5000000000E-09  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67 68 69
 PARABOLIC 1 2 2 0.5d-10 0.6000000000E-09  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  81 82
 PARABOLIC 1 2 2 0.5d-10 0.7000000000E-09  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94
 PARABOLIC 1 2 2 0.5d-10 0.8000000000E-09  95  96  97  98  99  100 101 102 103 104 105
 PARABOLIC 1 2 2 0.5d-10 0.9000000000E-09  106 107 108 109 110 111 112 113 114 115
 PARABOLIC 1 2 2 0.5d-10 0.1000000000E-08  116 117 118 119 120 121 122 123 124
 PARABOLIC 1 2 2 0.5d-10 0.1100000000E-08  125 126 127 128 129 130 131 132
 PARABOLIC 1 2 2 0.5d-10 0.1200000000E-08  133 134 135 136 137 138 139
 PARABOLIC 1 2 2 0.5d-10 0.1300000000E-08  140 141 142 143 144 145
 PARABOLIC 1 2 2 0.5d-10 0.1400000000E-08  146 147 148 149 150
 PARABOLIC 1 2 2 0.5d-10 0.1500000000E-08  151 152 153 154
 PARABOLIC 1 2 2 0.5d-10 0.1600000000E-08  155 156 157
 PARABOLIC 1 2 2 0.5d-10 0.1700000000E-08  158 159
 PARABOLIC 1 2 2 0.5d-10 0.1800000000E-08  160
 DUMMY     1 2 1 0.5d-10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
 &end
 ===============================================================================================

== 計算の実行①（系の平衡化） ==
　[[チュートリアル07:REUSを用いた1次元自由エネルギー面の計算#計算の実行①（系の平衡化）|チュートリアル07]]と同様にして並列計算を行う。100ps ほど平衡化を行えばよい。
 > mpiexec –machinefile machinefile –n 160 ./FreeFlex.exe input.nml &

== ネームリストの作成② （REUS計算）==
===REUSの設定===
　二次元のREUSを行うためにネームリストを編集する。
 === input2.nml =================================================================================
 
   (略)
  
 &REUS
   calculate_reus = .TRUE.
   dim = 2
   max_iter = 100
   exchange_interval = 100
   bias_set_id = 1
   dim_q = "1 1"
   pos_PARA = "2 2"
   spcoord_id = "1 2"
 /
 ===============================================================================================

===データ出力の設定===
　後でWHAM (重み付きヒストグラム解析法)を行うためのデータを出力する。
 === input2.nml =================================================================================
 
   (略)
  
 &MONITOR
   interval = 1
   file = "z.output"
   condition = "REUS_qU 1 2"
   separator = "$"
 /
 ===============================================================================================

== 計算の実行②（REUS計算） ==
　[[チュートリアル02：並列実行|チュートリアル02]]と同様にして、100psほど並列計算を行う。
 > mpiexec –machinefile machinefile –n 160 ./FreeFlex.exe input2.nml &

== WHAMの実行 ==
　アンブレラサンプリングを行ったデータを解析するにはWHAMを用いる必要がある。WHAMを実行するためには、先のネームリスト"input.nml"の&MONITORを[[Hamiltonian Replica Exchange Umbrella Sampling (HREUS)#Using WHAM to analyze data|&WHAMSETTINGと&WHAM_INPUT]]に変えたネームリストを作らなければならない。
 === wham.nml ==================================================================================
 
   (略)
  
 &WHAMSETTING
   wham_mode = .TRUE.
   mpi_size = 160
 /
 
 &WHAM_INPUT
   wham_mode = .TRUE.
   reus_mode = .TRUE.
   show = .TRUE.
   input_file_name = "z.output"
   free_energy_output_file_name = "free_energy.output"
   histogram_output_file_name = "histogram.out"
   nbin = 200
   ndir = 160
   ncore = 160
   nprof_column = 1
   data_column = "3 4"
   spcoord_ID = "1 2"
   bias_set_ID = 1
   interval = 1
   nskip = 14
   nread = 1000000
 /
 ===============================================================================================
これを実行する。このときMPIは用いないことに注意する。
 > ./FreeFlex.exe wham.nml &

== 計算の結果 ==
　上記の計算を実行することによって以下のような一次元の自由エネルギー面と二次元の自由エネルギー面が得られる。
以下の図において界面の位置はそれぞれ <small><math>z=0</math></small> である。

[[ファイル:T8_free_energy_1d.png|500px]]


[[ファイル:T8_free_energy_2d.png|500px]]