事例1：低分子純物質（ベンゼン）

この事例では、低分子純物質の代表例としてベンゼンを取り上げます。 SMILESから分子オブジェクトを作成し、指定した密度でユニットセル内に詰め込み、構造緩和を行う基本的な流れを解説します。

対象システム

化合物: ベンゼン (Benzene)
構成: 150分子（総原子数 1,800）
初期設定密度: 0.80 g/cm³

計算コード (run.py)

import fbtk

# 1. SMILESから分子オブジェクトを作成
benzene = fbtk.Molecule.from_smiles("c1ccccc1", name="benzene")

# 2. Builderの初期化
builder = fbtk.Builder(density=0.80)

# 3. 分子をシステムに追加
builder.add_molecule(benzene, count=150)

# 4. システムの構築
system = builder.build()

# 5. 構造緩和（Pre-relaxation）の実行
print("Starting relaxation for Benzene...")
system.relax()

# 6. 結果の出力
benzene.to_file("benzene.mol")        # 分子単体
system.to_file("benzene_cell.mol2")   # 緩和後のユニットセル
print("Done.")

実行ログの確認

実行時の標準出力には、最適化プロセスの進捗が表示されます。

Atoms:     1800       | Bonds:     1800
--------------------------------------------------------------------------------
       | Fmax           | FRMS           | Total E          |
Iter   | (kcal/mol/Å)   | (kcal/mol/Å)   | (kcal/mol)       | Status
--------------------------------------------------------------------------------
     0 |     36968.7497 |      6300.0166 | 686143734596.2736 |
    10 |      4785.6728 |       229.2529 |      156059.5598 |
    20 |      2074.8591 |       129.3691 |       87049.2019 |
   ...
   980 |         2.0817 |         0.1992 |       18859.4087 |
   990 |        36.2483 |         1.3258 |       18848.6857 |
--------------------------------------------------------------------------------
=== Optimization Finished ===
Reason: Max-Iter
Total Time: 14.335s    (Avg: 14.335ms / step)
Final Energy: 18852.1265      kcal/mol
Final Fmax:   2.3571          kcal/mol/Å
Final FRMS:   0.2088          kcal/mol/Å
Min Distance: 1.0809          Å (Atoms 553 and 559)
--------------------------------------------------------------------------------

結果の解説

構造緩和の効果

緩和後の Min Distance（最近接原子間距離）が 1.0 Å 以上 確保されていれば、局所的な「原子の衝突」が解消された、物理的に妥当な初期構造が得られたと言えます。

ASEとの連携

to_ase() メソッドを用いることで、ASEの Atoms オブジェクトへ変換し、外部のMDソフトや各種 Calculator と容易に連携できます。

atoms = system.to_ase()
# atoms.calc = SomeCalculator(...)