ナノスペースカーボンの科学と工学、極限環境の電気化学

名古屋工業大学 川崎・石井研究室

「最近の研究から」Vol. 6

ガウシアン(Gaussian 03)でナノチューブの計算をする

ガウシアンは分子(あるいはクラスター)の計算を行うもの、と勝手に認識していました。ところが、(Gaussian03からだと思いますが)周期境界条件(Periodic Boundary Conditions, Gaussian03でのキーワードはPBC)が入った計算ができるようになっていることを教わりました。 例えば、

%chk=graphite2.chk
# opt lsda/3-21g

Title Card Required

0 1
C 0.00000000 0.00000000 0.00000000
C 0.00000000 1.42911800 0.00000000
Tv 2.47531500 0.00000000 0.00000000
Tv -1.21995200 2.13344700 0.00000000

というような入力ファイルを用意すると、グラファイトの1層(グラフェンシート)の計算が可能です。実は、PBCの適応例としてGaussian.comのWEBに載っています。最初の6行の説明は飛ばして、7, 8行目は単位格子中の原子位置で次の2行が周期境界条件を与えます。この場合、単位格子のa, b 軸に相当します。 これができるということはナノチューブについても単位格子を指定して、チューブ軸方向の周期境界条件を与えればよいので、例えば、

%chk=nt6-6.chk
%mem=16000000
# opt lsda/3-21g

Title Card Required

0 1 C 0.00000000 0.00000000 -4.06800000
C 0.00000000 1.39133800 -3.82267000
C 1.22975600 2.03400000 -3.52299200
C 1.22975600 3.11626900 -2.61486000
C 0.00000000 3.52299200 -2.03400000
C 0.00000000 4.00619800 -0.70640100
C 1.22975600 4.06800000 0.00000000
C 1.22975600 3.82267000 1.39133800
C 0.00000000 3.52299200 2.03400000
C 0.00000000 2.61486000 3.11626900
C 1.22975600 2.03400000 3.52299200
C 1.22975600 0.70640100 4.00619800
C 0.00000000 0.00000000 4.06800000
C 0.00000000 -1.39133800 3.82267000
C 1.22975600 -2.03400000 3.52299200
C 1.22975600 -3.11626900 2.61486000
C 0.00000000 -3.52299200 2.03400000
C 0.00000000 -4.00619800 0.70640100
C 1.22975600 -4.06800000 0.00000000
C 1.22975600 -3.82267000 -1.39133800
C 0.00000000 -3.52299200 -2.03400000
C 0.00000000 -2.61486000 -3.11626900
C 1.22975600 -2.03400000 -3.52299200
C 1.22975600 -0.70640100 -4.00619800
Tv 2.45951200 0.00000000 0.00000000

で一応計算はできます。しかしながら、これではチューブ軸方向の長さの最適化ができない。どうすればいいのでしょうか。