5. Molecular mechanics 모듈 이용하기 - 1

1. 개요 

 ① Quantum mechanics

   - 전자에 대한 상호작용을 기준으로 얘기함

   - 원자가 가지고 있는 전자의 양에 계산의 양도 비례하게 됨 ==> 양자계산의 숙명

   - 일반적으로 하나의 서버에서 Quantum mechanics에서 계산할 수 있는 원자의 개수는 약 200개 

   - 그 이상이 되면, 계산에 걸리는 시간이 너무 오래 걸림 

   - 고체 안에 있는 원소들의 수만큼 계산 시간도 늘어남 

   - 따라서 적은 규모에서만 볼 수 있는 한계점 존재

   - 그러나 전자 특성을 확인할 수 있는 장점 존재 

 

 ② Molecular mechanics

   - 큰 규모에서의 원자를 통해 물성학을 계산해야 할 때 

   - Forcite 모듈 : 분자 시스템, 폴리머에 대한 계산 

   - GULF 모듈 : 고체 영역에서 계산 엔진 

 

 

2. Quantum Mechanics와 Molecular Mechanics의 차이

 1) Quantum Mechanics

   - 전자가 이동을 함으로써 본딩이 끊어지고 붙는 현상에 대해서 표현 가능

 

 2) Molecular Mechanics

   - 분자를 표현할 때 원소는 공, 원소와 원소 사이의 본딩에 대해서는 스프링으로 표현하기 때문에 본딩이 끊어지고 붙는 현상을 표현하는데 어려움 

   - Forcite에서 polymer system에서 일정 거리 안에 들었을 때 본딩이 될 수 있도록 추가적인 기능이 존재하긴 하지만, 일반적으로 본딩의 현상을 볼 수 없음 

  - 반대로 GULF인 경우에는, 반도체나 도체 시스템에서 고체 계산을 하다 보니 전자 특성이 필요함 

       : 일부 시스템, 특정적으로 본딩이 끊어지거나 붙는 표현을 가능하게 해놨음 

 

 

3. 이번 튜토리얼

  - molecular mechanics를 이용하여 폴리머 안에서 온도와 압력을 조절했을 때 가스의 확산 정도나 속도를 확인하는 것 

  - 폴리머 안에서의 메탄의 움직임을 볼 것 

 

  - 메탄 분자 생성

 

 - 호모 폴리머 생성 

 

 - 어떠한 라이브러리와 어떠한 유닛을 사용할 것인지 설정할 수 있음

 - number of chane : 체인의 길이를 몇 개의 그룹으로 만들것인지?

 

 - 위와 같이 설정하였음

 

 - 폴리머 구조 생성 

 

 - 빈 곳에 폴리머와 메탄을 넣을 것이기 때문에 위의 모듈 사용해서 공간 생성하기 

 - Amophous cell : 폴리머나 메탄 분자를 랜덤하게 위치를 변경하면서 만드는 것 

 

 - 위 창이 생성되면 먼저 왼쪽에 폴더를 선택해야 함 

 - 어떤 폴더 안에서 (경로에서) 만들 지 먼저 선택하는 것 

 

* set up 

 1) Task

  - Constructure : 빈 공간 안에 내가 어떻게 메탄과 폴리머를 넣을 것인가?

  - packing : 나노튜브나 고체 표면 사이에 먼저 구축이 되어 있을 때, 채워 넣는 기능

  - Confined Layer : 양위상하에 층이 있는 경우 

 

 - more 버튼 클릭 시 오른쪽 창 활성화

 - 우리는 Qubic(큐비트, 양자학에서 최소 단위)으로 진행  

 

 2) Density 

  - 박스에 대한 크기 조정 가능

  - 폴리머의 질량과 메탄의 질량을 가지고 그 밀도 값을 통해 자동으로 박스의 부피가 정해짐 

  - 일단 실험값으로 진행 

  

 

 3) Composition

 - 이 안에 메탄과 폴리머를 가져올 것 

 - 이 메탄분자와 폴리머 분자 창을 활성화 시켜야 함 

 

 - 둘 다 선택

 

 - Loding 값 : 몇개를 넣어줄 것인지?

 - 튜토리얼대로 설정

 - 질량 비율을 알 수 있음 

 - 창 아래 하단에 

 - 이렇게 박스의 부피가 정해짐 

 

 - Amophous cell은 랜덤하게 위치를 변형시키기 때문에 고리 구조도 형성할 수 있을 것이고, 너무 가까워서 서로 척력이 일어날 수도 있음 

 

 - 따라서 option 버튼을 누르면 amphous cell option을 설정할 수 있음

 - 링과 링간의 스피어링, 볼 안에 구조가 투과되는 현상 그런 것들을 체크하여 그런게 있을 땐 제거하겠다, 너무 가까울 땐 반데발스를 증가시켜 서로 띄워놓게 하겠다 하는 것들을 설정 가능함 

 - 그러나 지금 튜토리얼에는 링이 없기 때문에 별 다른 설정 안 해도 됨

 - Optimize geometry 체크를 해제 하겠음 : 그 이유는 추후에 설명할 것

     ( 체크를 할 경우 시간이 오래 걸리게 됨)

 

 

* energy 

 - DMol3와는 다르게 Forcefield라는 부분으로 분자를 표현

 - 메탄의 C가 카본인지 옥시젠인지는 컴퓨터는 잘 모르기 때문에, forcefield를 통해 어떠한 결합을 하고 있고 어디에 위치하는지 정확하게 알려줌 

 - 위와 같이 설정하였음

 

* Job Control 

  - DMol3와 다른 점 : 싱글 코어로만 계산해야 함 

 - 따라서 이전에 Optimize geometry를 체크했다면, 그것 또한 싱글 코어로 계산했기 때문에 계산 시간이 엄청 오래 걸릴 것 

 

4. Amophous cell 계산 결과 확인하기  

 - 랜덤하게 배치했다보니 안정한 구조인지 알 수 없음

 - 따라서 Forcite 모듈을 이용해 최적화된 구조를 찾아야 함 

 

 1) output

 - Amophous cell의 계산 결과 창

 - output은 methane.txt를 통해 확인할 수 있음

 

 - Molecular mechanics 모듈 (Forcite, GULF 등)은 Dmol3와 달리 normarl로 표기가 됨 

     : 계산이 잘 됐다 = normal 

 

 2) methane.xtd

 

5. Forcite 하기 전 작업 

 - methane.xtd 파일을 copy함

 - 새로운 창 하나 생성 

 - 이 창의 이름을 "cell" 명명 

 - 새로 생성한 창에 복사한 것을 붙여 넣음 

 - 이렇게 하는 이유? 파일이 겹쳐져 있는 확장자 파일(.xtd)을 가지고 계산을 하다 보면 각각 결과에 대한 내용을 표기하지 않고, 생략된 내용이 많기 때문에 단일 파일에 넣어서 계산하는게 세밀한 정보를 얻을 수 있음