TRHEPD 順問題ソルバー¶

odatse-STR モジュールは、反射高速(陽)電子回折(RHEED, TRHEPD)の強度計算 (A. Ichimiya, Jpn. J. Appl. Phys. 22, 176 (1983); 24, 1365 (1985)) を行うプログラム sim-trhepd-rheed をODAT-SEの順問題ソルバーとして利用するためのラッパーです。本チュートリアルでは sim-trhepd-rheed を用い、様々なアルゴリズムを利用した解析を行います。最初に、チュートリアルを行うために必要な sim-trhepd-rheed のインストールおよびテストを行います。

ダウンロード・インストール¶

あらかじめ odatse-STR のソースコードをリポジトリから取得しておきます。

$ git clone https://github.com/2DMAT/odatse-STR.git
$ cd odatse-STR

GitHub の sim-trhepd-rheed リポジトリから、ソースコード一式を入手し、ビルドします。

$ git clone http://github.com/sim-trhepd-rheed/sim-trhepd-rheed
$ cd sim-trhepd-rheed/src
$ make

Makefile は実行環境に応じて適宜編集してください。 makeが成功すると、 bulk.exe と surf.exe が作成されます。

計算実行¶

sim-trhepd-rheed では、最初に bulk.exe で表面構造のバルク部分に関する計算をします。その後、 bulk.exe の計算結果 (bulkP.b ファイル) を用いて、 surf.exe 表面構造の表面部分を計算します。

このチュートリアルでは実際に TRHEPD 計算をしてみます。サンプルとなる入力ファイルは odatse-STR の sample/solver 以下にあります。まず、このフォルダを適当な作業用フォルダ work にコピーします。

$ cp -r sample/solver work
$ cd work

次に bulk.exe と surf.exe を work にコピーします

$ cp ../sim-trhepd-rheed/src/bulk.exe .
$ cp ../sim-trhepd-rheed/src/surf.exe .

bulk.exe を実行します。

$ ./bulk.exe

バルクファイル bulkP.b が生成されます。

$ ls
bulk.exe bulk.txt bulkP.b surf.exe surf.txt

続いて、 surf.exe を実行します。

$ ./surf.exe

以下のように出力されます。

surf-bulkP.s

実行後に、ファイル surf-bulkP.md, surf-bulkP.s および SURF YYYYMMDD-HHMMSS log.txt が生成されます。 (YYYYMMDD、 HHMMSS には実行日時に対応した数字が入ります)

計算結果の可視化¶

surf-bulkP.s は以下の通りです。

 #azimuths,g-angles,beams
 1 56 13
 #ih,ik
 deg,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0,-1 0,-2 0,-3 0,-4 0,-5 0,-6 0,
   5.0000E-01,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  1.5946E-02,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  0.0000E+00,
   6.0000E-01,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  1.8701E-02,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  0.0000E+00,
   7.0000E-01,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  2.1202E-02,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  0.0000E+00,
   8.0000E-01,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  2.1711E-03,  1.9273E-02,  2.1711E-03,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  0.0000E+00,
   9.0000E-01,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  4.3965E-03,  1.7006E-02,  4.3965E-03,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  0.0000E+00,
   1.0000E+00,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  6.3263E-03,  1.4952E-02,  6.3263E-03,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  0.0000E+00,  0.0000E+00,
(以下略)

上記ファイルより、縦軸に角度 (5行目以降の1列目データ) と \((0,0)\) ピークの強度 (5行目以降の8列目データ) からロッキングカーブを作成します。 Gnuplot等のグラフソフトを用いる事も出来ますが、ここでは script フォルダにあるプログラム plot_bulkP.py を用います。以下のように実行して下さい。

$ python3 ../script/plot_bulkP.py

以下のような plot_bulkP.png が作成されます。

../_images/plot_bulkP.png — Si(001)-2x1面のロッキングカーブ。¶

この00ピークの回折強度のデータに対し、コンボリューションを掛けたうえで規格化します。 surf-bulkP.s があることを確認し、 make_convolution.py を実行してください。

$ python3 ../script/make_convolution.py

実行すると、以下のようなファイル convolution.txt が出力されます。

500000 0.010818010
600000 0.013986716
700000 0.016119093
800000 0.017039022
900000 0.017084666
(中略)
600000 0.000728539
700000 0.000530758
800000 0.000412908
900000 0.000341740
000000 0.000277553

1列目が視射角、2列目が surf-bulkP.s に書かれた00ピーク回折強度のデータに半値幅0.5のコンボリューションを付加して規格化したものです。

plot_convolution.py を実行すると plot_convolution.png が作成されます。

$ python3 ../script/plot_convolution.py

../_images/plot_convolution.png — Si(001)-2x1面のロッキングカーブに半値幅0.5のコンボリューションを付加して規格化したもの。¶