最終目標設定

既存の結晶構造から，炭酸イオン（CO₃^2-）を１つの点に置換した新しい結晶構造を作成する．

今回行ったことの流れ

1．約30万個のPOSCARファイル^※の中から，元素種C，Oを含むものを抽出する．
※ COD（Crystallography Open Database^[1]）から得たcifファイルをcif2cell^[2]を用いて，変換した．
2. 1. で抽出したPOSCARファイルから，各原子について1.7Å^※以内の隣接原子がリスト化されたPOSCAR.nnlist（というテキストファイル）を作成する．
※ 炭酸イオンの熱化学半径は1.64Å^[3]　
3. 2.で得たPOSCAR.nnlistから，隣接原子のリストに，Cを1つかつOを3つ含む，POSCAR.nnlistを抽出する．
4. 3.で抽出したPOSCAR.nnlistに対して，Cを1つかつOを3つ含む原子団のxyz座標を，各々の原子座標の相加平均で置き換える．
5. オリジナルと生成したPOSCARファイルを可視化して比較する．

[1] COD: https://www.crystallography.net/cod/
[2] cif2cell: https://github.com/torbjornbjorkman/cif2cell
[3] スマート，L．・Ｅ．ムーア著，河本　邦仁・平尾　一之訳，入門　固体化学，化学同人（1996）

1. の詳細（：約30万個のPOSCARファイルの中から，元素種C,Oを含むものを抽出）

get_poacar_file_folder_abs_path_list.py[^[4]
- 入力：COD^[1]からダウンロードしたcifファイルを変換したPOSCARファイル約30万件が入ったディレクトリ(：308325件)
- 出力：poscar_abs_path_list.npy
get_C_O_existed_poscar_abs_path_list.py^[5]
- 入力：poscar_abs_path_list.npy
- 出力：C_O_existed_poscar_abs_path_list.npy
get_C_O_existed_poscar_folder_abs_path_list.py^[6]
- 入力：C_O_existed_poscar_abs_path_list.npy
- 出力：C_O_existed_poscar_folder_abs_path_list.npy

[4] https://github.com/k-morii-toridai/scripts_get_poscar_abs_path_list.git
[5] https://github.com/k-morii-toridai/scripts_get_C_O_existed_poscar_abs_path_list.git
[6] https://github.com/k-morii-toridai/scripts_get_C_O_existed_poscar_folder_abs_path_list.git

2. の詳細（：各原子について1.7Å以内の隣接原子のリストPOSCAR.nnlistを作成）

mk_nnlist_by_poscar2nnlist.py^[7]
- 準備（requirment）：poscar2nnlist^[8]
- 入力：POSCAR^※
  - ※ C_O_existed_poscar_folder_abs_path_list.npyで各POSCARの絶対パスを指定
- 出力：POSCAR.nnlist
  - 出力先：各ディレクトリ

[7] https://github.com/k-morii-toridai/scripts_mk_nnlist.git
[8] 研究室で作成されたfortranで書かれたバイナリファイル．各環境でビルドする必要がある．

3. の詳細（：隣接原子のリストに，Cを1つかつOを3つ含むPOSCAR.nnlistと親フォルダのリストを抽出）

get_CO3-contained_nnlist_abs_path_list.py^[9]
- 入力：C_O_existed_poscar_folder_abs_path_list.npy
- 出力：CO3_contained_nnlist_abs_path_list.npy
get_CO3_contained_poscar_folder_abs_path_list.py^[10]
- 入力：CO3_contained_nnlist_abs_path_list.npy
- 出力：CO3_contained_poscar_folder_abs_path_list.npy

[9] https://github.com/k-morii-toridai/scripts_get_CO3-contained_nnlist_abs_path_list.git
[10] https://github.com/k-morii-toridai/scripts_get_CO3-contained_poscar_folder_abs_path_list.git

4. の詳細（：Cを1つかつOを3つ含む原子団のxyz座標を，各々の原子座標の相加平均で置換）

mk_CO3-clusterd_poscar.py^[11]
- 入力：POSCAR, POSCAR.nnlist
- 出力：POSCAR
do_mk_CO3-clusterd_poscar.py.py^[11]
- 入力：mk_CO3-clusterd_poscar.py，CO3_contained_poscar_folder_abs_path_list.npy
- 出力：各ディレクトリでmk_CO3-clusterd_poscar.pyの出力

[11] https://github.com/k-morii-toridai/scripts_mk_CO3-clusterd_poscar.git

5. の詳細（：オリジナルと生成したPOSCARファイル可視化して比較）

VESTA（Visualization for Electronic and STructural Analysis）^[12]を用いて，各結晶構造を可視化した．以下，左図にオリジナル，右図に生成したものを配置している．

[12] https://jp-minerals.org/vesta/jp/

例1）1000033（：BaCO₃）

例2）1000320（：Ba₃ScCO₃F₇）

注）Ba²⁺，Sc³⁺，F^-，CO₃^2-

例3）1000372（：KCuCO₃F）
注）K⁺，Cu²⁺，CO₃^2-，F^-

例4）1000459（：Ca₄Al₂(OH)₁₂CO₃(H₂O)₅）
注）Ca²⁺，Al³⁺，OH^-，CO₃^2-，H₂O