通常の方法

Kohn-Sham固有値の状態密度（DOS）は次の２つの段階を経由して、計算されます。

(1) SCF計算

ダイヤモンド構造の炭素を例として、DOSの計算方法を説明します。 「work」ディレクトリ内のファイル「Cdia.dat」には、次の様にDOS計算のためのキーワードが指定されています。

    Dos.fileout                  on      
    Dos.Erange              -25.0  20.0  
    Dos.Kgrid                12 12 12

キーワード「Dos.Erange」で指定された最初と2番目の数値は、それぞれDOS計算のためのエネルギー範囲（eV）の下限と上限であり、 エネルギーの原点（0.0）は化学ポテンシャルに対応します。 またキーワード「Dos.Kgrid」で指定された数値（n1,n2,n3）は、DOS計算での第1ブリルアンゾーンを離散化するための グリッド数です。

次にOpenMXを以下の様に、通常実行します。

    % ./openmx Cdia.dat
  

ここでは単一コアを使用した計算例を示しましたが、もちろん並列計算も実行可能です。 計算が正常に終了すると、「work」ディレクトリに「cdia.Dos.val」および「cdia.Dos.vec」の２つのファイルが生成されます。 「cdia.Dos.val」にはテキスト形式で固有値が、「cdia.Dos.vec」にはバイナリ形式で固有ベクトルが保存されています。 このDOS計算は、O($N$)計算にも対応しており、この場合にはガウシアンブロードニング法（Gaussian broadening method）が 適用されます。

(2) DOS計算

DOS計算用のプログラムパッケージをコンパイルして下さい。「source」ディレクトリ内で、次のコマンドでコンパイルします。

    % make DosMain
  

コンパイルが正常に終了すると、「source」ディレクトリ内に実行ファイル「DosMain」が生成されます。 「DosMain」を「work」ディレクトリにコピーして、「work」ディレクトリに移動してください。 このプログラム「DosMain」を使って先の2個のファイル「cdia.Dos.val」および「cdia.Dos.vec」から 全状態密度(DOS)と射影したDOS(PDOS)を次の様に計算します。

    % ./DosMain cdia.Dos.val cdia.Dos.vec
  

その際に、プログラムから対話形式で次のように質問されることでしょう。

    % ./DosMain cdia.Dos.val cdia.Dos.vec
    Max of Spe_Total_CNO = 8
    1 1 101 102 103 101 102 103
    <cdia.Dos.val>
    <cdia>
    Which method do you use?, Tetrahedron(1), Gaussian Broadeninig(2)
    1
    Do you want Dos(1) or PDos(2)?
    2

    Number of atoms=2
    Which atoms for PDOS : (1,...,2), ex 1 2
    1
    pdos_n=1
    1
    <Spectra_Tetrahedron> start
    Spe_Num_Relation 0 0 1
    Spe_Num_Relation 0 1 1
    Spe_Num_Relation 0 2 101
    Spe_Num_Relation 0 3 102
    Spe_Num_Relation 0 4 103
    Spe_Num_Relation 0 5 101
    Spe_Num_Relation 0 6 102
    Spe_Num_Relation 0 7 103
    make cdia.PDOS.Tetrahedron.atom1.s1
    make cdia.PDOS.Tetrahedron.atom1.p1
    make cdia.PDOS.Tetrahedron.atom1.p2
    make cdia.PDOS.Tetrahedron.atom1.p3
    make cdia.PDOS.Tetrahedron.atom1

DOSの計算には四面体法（tetrahedron method）[48]もしくはガウシアンブロードニング法（Gaussian broadening method）が選択できます。 またユーザーはDOSまたはPDOSを選ぶことができます。PDOSの計算を選択する場合は、PDOSを評価する原子を選択してください。 この場合には、選択した原子の軌道（s, px(p1), py(p2), pz(p3),..）上に射影したPDOSが各ファイルに出力されます。 これらのファイルでは、最初と二番目の列は、エネルギー（eV）、およびDOS（eV$^{-1}$）またはPDOS（eV$^{-1}$）の値であり、 3番目の列の数値はDOSまたはPDOSの積分値を示します。 「LSDA-CA」、「LSDA-PW」、または「GGA-PBE」を用いたスピン分極計算を行った場合、これらのファイルの第2列および第3列の数値は、 それぞれアップスピン状態およびダウンスピン状態のDOSとPDOSに対応し、第4列と第5列の数値はそれぞれに対応する積分値です。 ガウシアンブロードニング法を使用した場合、ガウス分布のパラメーター値、$a$（eV）（ $\exp(-(E/a)^2 )$で定義されるガウス分布の 幅を決めるパラメーター)を設定しなければなりません。ここで説明した手続きによって得られたダイヤモンド炭素のDOSおよびPDOSを図13に示します。

Figure 13: ダイヤモンド炭素の全状態密度(DOS)と部分状態密度(PDOS)、またPDOSの積分曲線。 フェルミ準位をゼロに設定。s、 p、d軌道の間で電荷の再配分が起っているため、sおよびp軌道のフェルミ準位までの PDOSの積分値は正確には１ではないことに注意。 「work」ディレクトリにある入力ファイル「Cdia.dat」を用いて実行。