sp（一点計算）

sp サブコマンドは、選んだバックエンドで 1 つの構造のエネルギーと原子に働く力を計算し、--hess を付けると Hessian も計算します。構造最適化は行わず、入力の構造のまま評価します。

主な用途

  • 最適化の前の確認: 電荷と多重度が受け付けられ、バックエンドが有限のエネルギーと力を返すかを確かめる

  • バックエンドの比較: 同じ構造を、MLIP（機械学習原子間ポテンシャル）の UMA・ORB・MACE・AIMNet2 か、DFT（-b dft）で評価する

  • 参照値の作成: 力と Hessian を .npy ファイルで、エネルギーを端末か result.json で受け取り、自分の解析に使う

基本的な実行例

1. エネルギーと力

デフォルトのバックエンド（UMA）で、中性の一重項を評価します。

pdb2reaction sp -i structure.pdb -q 0 -m 1 --out-json

端末に [sp] energy = … a.u.  |force|_max = … a.u./bohr が出て、result_sp/ に forces.npy と、energy_au を持つ result.json があれば成功です。

2. Hessian も計算する

--hess を付けると Hessian も計算します。

pdb2reaction sp -i structure.pdb -q 0 -m 1 --hess

処理の仕組みと計算仕様

  1. 構造の読み込み: PDB・mmCIF・XYZ・GJF を読み込みます。電荷は -q、-l（PDB/mmCIF 入力）、YAML の calc.charge、.gjf のヘッダーのいずれかから決まります。--freeze-atoms で指定した原子は固定します。

  2. エネルギーと力: 入力の構造でバックエンドを 1 回呼び、エネルギーと力の最大成分を端末に表示して、力を forces.npy に保存します。

  3. Hessian（--hess 指定時）: --hessian-calc-mode FiniteDifference は力を数値微分し、Analytical は UMA・ORB・MACE・AIMNet2・DFT の解析 Hessian を使います。UMA で --uma-workers を 2 以上にすると Analytical は使えません。

主な出力ファイル

--out-dir に以下のファイルを書き出します。

ファイル

内容

書き出す条件

forces.npy

力の (N, 3) 配列（Hartree/bohr）

常に

hessian.npy

質量重み付けなしの Cartesian Hessian（Hartree/bohr²）。(3N, 3N)、固定原子があるときは動ける M 原子（入力の順）の (3M, 3M)

--hess 指定時

result.json

エネルギー（energy_au）、バックエンド、モデル、電荷、多重度、原子数、.npy ファイルのパス、経過時間

--out-json 指定時

summary.json

result.json と同じ内容

--out-json 指定時

主な CLI オプション

オプション

引数の型

デフォルト

説明

-i, --input

パス

（必須）

入力構造ファイル（.pdb, .cif, .xyz, .gjf 等）

-q, --charge

整数

None

系全体の総電荷。-l、YAML の calc.charge、.gjf 入力のどれも無ければ必須

-m, --multiplicity

整数

1

スピン多重度（2S+1）。.gjf 入力ではファイルの値を使用

-l, --ligand-charge

文字列

None

残基ごとの形式電荷（例: 'SAM:1,GPP:-3'）またはリガンドの総電荷。PDB/mmCIF 入力が必要

-b, --backend

文字列

uma

計算バックエンド（uma, orb, mace, aimnet2, dft）。-b dft の設定は MLIP の TS を DFT で確かめる を参照

--hess/--no-hess

フラグ

False

Hessian も計算して hessian.npy に書き出す

--hessian-calc-mode

FiniteDifference / Analytical

FiniteDifference

Hessian の計算法（有限差分 / 解析的）。--hess と併用

--freeze-atoms

文字列

None

固定する原子インデックス（1 始まり、カンマ区切り: 例 '1,3,5'）

-o, --out-dir

パス

./result_sp/

出力先ディレクトリ

--out-json/--no-out-json

フラグ

False

result.json と summary.json を出力

全オプションは 自動生成のオプションの一覧（英語のみ） を参照してください。

補足: YAML（--config）では、calc でバックエンドを設定し、geom.freeze_atoms（1 始まり）で --freeze-atoms に固定原子を追加できます。

使用上の注意点

  • エネルギーがおかしいとき: 電荷と多重度を見直してください。

  • 固定原子に働く力は 0 になります。

  • キャップ水素: sp は extract が付けたキャップ水素の親原子を自動では固定しません。固定したい場合は --freeze-atoms に指定してください。

  • 原子電荷: sp -b dft が出すのは DFT のエネルギーと力だけです。Mulliken・meta-Löwdin・IAO の電荷が必要なときは dft を使ってください。

  • 失敗したとき: 1 行の Error: … か、トレースバック付きの Unhandled error during single-point calculation: が出て、0 以外の終了コードで終わります。エラー処理を参照してください。

  • 終了コード: 終了コードを参照してください。

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