Pymatgenを用いた結晶構造構築・解析のコーディング実装：対称性分析、相図、表面生成、Materials Project統合

try: disordered_oxi = disordered.copy() disordered_oxi.add_oxidation_state_by_element({"Cu": 1, "Au": 1}) ordered_transform = OrderDisorderedStructureTransformation() ordered_candidates = ordered_transform.apply_transformation( disordered_oxi, return_ranked_list=3, ) for idx, cand in enumerate(ordered_candidates): s = cand["structure"].copy() s.remove_oxidation_states() print(f"秩序化候補 {idx+1}: 化学式={s.composition.formula}, サイト数={len(s)}") except Exception as e: print("秩序化ステップは変換の問題によりスキップされました:", e) header("12. 分子サポート") water = Molecule( ["O", "H", "H"], [ [0.0, 0.0, 0.0], [0.7586, 0.0, 0.5043], [-0.7586, 0.0, 0.5043], ], ) print("水分子の化学式:", water.composition.formula) print("水分子の重心:", np.round(water.center_of_mass, 4)) print( "O-H結合長:", round(water.get_distance(0, 1), 4), round(water.get_distance(0, 2), 4), ) header("13. CIFエクスポート") output_dir = "/content/pymatgen_tutorial_outputs" os.makedirs(output_dir, exist_ok=True) si_cif = os.path.join(output_dir, "si.cif") nacl_cif = os.path.join(output_dir, "nacl.cif") slab_cif = os.path.join(output_dir, "si_111_slab.cif") CifWriter(si).write_file(si_cif) CifWriter(nacl).write_file(nacl_cif) CifWriter(slab).write_file(slab_cif) print("保存しました:", si_cif) print("保存しました:", nacl_cif) print("保存しました:", slab_cif) header("14. データフレームサマリー") rows = [] for name, s in [ ("Si", si), ("NaCl", nacl), ("LiFePO4-like", li_fe_po4), ("Si 表面スラブ", slab), ]: sga = SpacegroupAnalyzer(s, symprec=0.1) rows.append( { "名前": name, "化学式": s.composition.reduced_formula, "サイト数": len(s), "体積_A3": round(s.volume, 4), "密度_g_cm3": round(float(s.density), 4), "空間群": sga.get_space_group_symbol(), "空間群番号": sga.get_space_group_number(), } ) df = pd.DataFrame(rows) print(df) header("15. Materials Project APIへのオプション接続") mp_api_key = None try: from google.colab import userdata mp_api_key = userdata.get("MP_API_KEY") except Exception: pass if not mp_api_key: mp_api_key = os.environ.get("MP_API_KEY", None) if mp_api_key: try: from pymatgen.ext.matproj import MPRester with MPRester(mp_api_key) as mpr: mp_struct = mpr.get_structure_by_material_id("mp-149") summary_docs = mpr.summary.search( material_ids=["mp-149"], fields=[ "material_id", "formula_pretty", "band_gap", "energy_above_hull", "is_stable", ], ) print("Materials Projectから mp-149 を取得しました") print("化学式:", mp_struct.composition.reduced_formula) print("サイト数:", len(mp_struct)) if len(summary_docs) > 0: doc = summary_docs[0] print( { "material_id": str(doc.material_id), "formula_pretty": doc.formula_pretty, "band_gap": doc.band_gap, "energy_above_hull": doc.energy_above_hull, "is_stable": doc.is_stable, } ) except Exception as e: print("Materials Project APIセクションは実行時/APIの問題によりスキップされました:", e) else: print("MP_API_KEYが見つかりませんでした。Materials Projectへのライブクエリをスキップします。") print("Colabでは、MP_API_KEYという名前のシークレットを追加するか、os.environ['MP_API_KEY']を設定してください。") header("16. サマリーJSONの保存") summary = { "structures": { "Si": { "formula": si.composition.reduced_formula, "sites": len(si), "spacegroup": SpacegroupAnalyzer(si, symprec=0.1).get_space_group_symbol(), }, "NaCl": { "formula": nacl.composition.reduced_formula, "sites": len(nacl), "spacegroup": SpacegroupAnalyzer(nacl, symprec=0.1).get_space_group_symbol(), }, "LiFePO4-like": { "formula": li_fe_po4.composition.reduced_formula, "sites": len(li_fe_po4), "spacegroup": SpacegroupAnalyzer(li_fe_po4, symprec=0.1).get_space_group_symbol(), }, }, "phase_diagram": { "target": target.composition.reduced_formula, "energy_above_hull_eV_atom": float(e_above_hull), }, "files": { "si_cif": si_cif, "nacl_cif": nacl_cif, "slab_cif": slab_cif, }, } json_path = os.path.join(output_dir, "summary.json") with open(json_path, "w") as f: json.dump(summary, f, indent=2) print("保存しました:", json_path) header("17. 最終ノート") print("チュートリアルは正常に完了しました。") print("生成物は次のディレクトリに保存されています:", output_dir) print("このノートブックを拡張して、VASP出力の解析、MPの大規模クエリ、欠陥・ワークフローパイプラインの構築などが行えます。") 無秩序合金構造が、秩序化候補を生成することでどのように近似されるかを実演します。分子構造を分析し、結晶構造をCIFファイルとしてエクスポートし、それらの特性をpandas DataFrameにまとめます。オプションでMaterials Project APIに接続し、分析結果の構造化されたJSONサマリーを保存します。 結論として、pymatgenを使用して材料構造を探索・分析するための完全なワークフローを構築しました。結晶構造の構築と操作、対称性と局所環境の分析、超格子生成、表面スラブ作成、回折シミュレーションなどの一般的な計算材料科学タスクの実行方法を実演しました。また、単純な相図を通じて熱力学的安定性を評価し、秩序化近似を生成することで無秩序構造を扱う方法も示しました。さらに、構造を標準CIFファイルにエクスポートし、主要な特性を表形式でまとめ、オプションでMaterials Projectデータベースに接続して実際の材料データを取得しました。これらのステップを通じて、pymatgenが単一のPython環境内で構造生成から分析、データ統合までを可能にする統合フレームワークを提供する方法を見てきました。 この投稿「Pymatgenを用いた対称性解析、相図、表面生成、Materials Project統合のための結晶構造構築・分析のコーディング実装」は、MarkTechPostで最初に公開されました。

Pymatgenを用いた結晶構造構築・解析のコーディング実装：対称性分析、相図、表面生成、Materials Project統合

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