================================= PDFguiの使い方（簡易マニュアル） ================================= 　樹神さんのマニュアルを移植。 | **PDFguiを使用して論文発表等をする場合には、以下の論文を引用することになっています。** | C. L. Farrow, P. Juhás, J. W. Liu, D. Bryndin, E. S. Božin, J. Bloch, Th. Proffen and S. J. L. Billinge, PDFfit2 and PDFgui : computer programs for studying nanostructure in crystals, J. Phys.: Condens. Matter, 19, 335219 (2007) インストール (recommended) =================================== 　PDFgui は、Anaconda Python のソフトウェア パッケージとして配布されています(2024.2.26)。 　`Diffpy ホームページ `_ 　PDFgui インストールの前提条件として、`Miniconda `_ または `Anaconda Python `_ が必要です。PDFgui は、Anaconda パッケージの「conda-forge」チャネルから入手できます。これを行うには、ターミナル ウィンドウまたは Anaconda コマンドプロンプトを開き、次のように conda コマンドを使用します。 .. code-block:: none conda create --name=pdfgui2 python=3.9 conda activate pdfgui2 conda install -c conda-forge diffpy.pdfgui 　PDFgui は、ターミナルウィンドウまたは Anaconda コマンドプロンプトから次のように入力して起動できます。 .. code-block:: none pdfgui インストール（インストーラから） =================================== 　LANSCEグループの `プログラムダウンロードページ `_ から、diffpy-1.0-r3067.exe （←最新版）をダウンロード。これを実行することによって、フォルダ .. code-block:: none C:\DiffPy 内に必要なファイルがインストールされる。またデスクトップ上にPDFguiのショートカットが作成される。 Linux、Mac、Unixの場合には、diffpy-1.0-r3067.tgzをダウンロード。 Python上で .. code-block:: none easy_install diffpy.pdfgui とコマンド入力してインストール。詳細は以下のページを参照してください。 　`PDFgui user guide `_ 　 構造モデルおよび測定データの入力 ================================= 　tutorial としてNiのPDFを取り上げる。 　ショートカットPDFguiをダブルクリックしてプログラムを立ち上げる。 　Menu Barの「Fits」をクリックして、「New Fit」を選択。 構造モデルの入力 -------------------- 　Menu Barの「Phases」をクリックして、「New Phase」を選択。 　すでに構造モデルファイル“.stru”が存在する場合には、「Load a structure from file」の「Open」をクリックし、 .. code-block:: none C:\DiffPy\Python25\Lib\site-packages\diffpy.pdfgui-1.0_r3067_20090410-py2.5.egg\doc\tutorial 　フォルダ中からNi.struを選択（図１の状態になる）。 　新しく入力する場合には、 　「Create a structure from scratch」の「New」をクリック。 　「Phase Configure」パネルが図１の状態になるように各パラメータを入力。 .. figure:: img/image001.jpg :scale: 100% :align: center ：Niの構造モデルの入力が完了 　PDFguiでは、ユニットセル中にあるすべての原子を入力する必要がある。空間群を利用することによって、結晶学的に等価なサイトを一度に入力できる。 1. 「elem」を右クリックして、「Inset atoms」を選択。「OK」をクリック。 2. 1のelemをNiに変更。 3. Niを右クリック。「Expand space group…」を選択。 4. 「Space Group」で 「Fm-3m」を選択。「Origin Offset」は「0.0　0.0　0.0」のまま。 　 5. OKをクリックすると、４つの等価なNiサイトが入力される（図１の状態に）。 **構造モデル中の各パラメータの意味（2段目のブロック）** .. csv-table:: :widths: 10, 30 "Scale Factor","複数の相が存在する場合、その相についてスケールを合わせる。1相で解析する場合には測定データのScale Factorと同じなので1.0で固定する。"　　 "delta1, delta2","ピーク幅を決定する。詳細はQbroadのところで。" "spdiameter","粒子の直径。粒子サイズによる強度の減衰を取り入れた解析に用いる。バルク物質で強度の減衰を無視する場合にはゼロを入力。" "sratio, rcut","デフォルトではそれぞれ1.0, 0.0を入力。rcut以下のrにあるピークの幅をsratioだけシャープにする（Qbroadを参照）。" "stepcut","このrの値より先のG(r)をゼロにする。0.0を入力すると機能しない。" 測定データの入力 ----------------- 1. Menu Barの「Data」をクリックして、「New Data Set」を選択。 2. 「Load a structure from file」の「Open」をクリックし、 .. code-block:: none C:\DiffPy\Python25\Lib\site-packages\diffpy.pdfgui-1.0_r3067_20090410-py2.5.egg\doc\tutorial 　フォルダ中からNi-neutron.grを選択（図2の状態になる。ただし図２ではNi-xray.grを使用しているので、いくつか異なる点があることに注意）。 **各パラメータの意味** .. list-table:: :widths: 10, 30 * - Data Range - 入力されたデータのr範囲。自動入力。 * - Fit Range - フィットを行うr範囲 * - Scale Factor - フィットの際にスケールを調整（理想的には1.0だが、、、）。 * - Qmax - G(r)の導出に行うフーリエ変換のQの最大値。振動成分の周期を決める。PDFgetNで得られたG(r)では自動入力。 * - Qdamp - Q分解能によるPDF強度の減衰を表わすGaussianの係数。exp[-(r Qdamp)2/2] * - Qbroad - | ピーク幅を決めるパラメータ。ピーク幅は以下の式で与えられる。 | |eq-qbroad| | |phi| for r=rcut | σ’：温度因子から計算される幅。 | δ1, δ1：delta1, delta2。 * - Temperature, Doping - 入力ファイルに記載されている場合に読み込まれる。解析の際には特に使用しない。 .. |eq-qbroad| image:: img/image003.jpg :scale: 100 .. |phi| image:: img/image004.jpg :scale: 100 .. figure:: img/image005.jpg :scale: 100% :align: center ：NiのPDF（測定データ）の読み込みが完了 データ解析 =========== フィッティングパラメータの設定 ------------------------------------ 構造モデルおよび測定データ（PDF）の「Constraints」パネルでrefineするパラメータを設定する。 **測定データのパラメータの設定** refineするパラメータを@1, @2...で指定。ここではScale FactorとQdampをrefineする（図３）。 .. figure:: img/image007.jpg :scale: 100% :align: center ：測定データのrefineするパラメータを指定 **構造モデルのパラメータの設定** 格子定数と温度因子をrefine。温度因子は等方的とする（図４）。 .. figure:: img/image009.jpg :scale: 100% :align: center ：構造モデルのrefineするパラメータを指定 フィッティングの開始 --------------------- 　「Fit 1」をクリックすると、refineするパラメータとその初期値が表示される。 　このパネルで初期値の入力やパラメータのrefine⇔fixの設定が可能（図５）。 　「Tool Bar」の「Start a fit or calculation」（図５を参照）をクリックすると、フィッティングを開始する。 　エラーメッセージが出たり、R-因子が小さくならない場合は、初期値を変えたり、refineするパラメータの数を減らしてみる。 .. figure:: img/image013.jpg :scale: 100% :align: center ：フィッティングパラメータの初期値およびrefineの有無を設定。 解析結果の確認 --------------- 　フィッティングが終了すると、refineされたパラメータの値が「Refined」に表示される。 　「PDFfit2 Output」にR-因子の値が表示（図６）。 　「Results」をクリックすると詳しい解析結果が表示される。 .. figure:: img/image016.jpg :scale: 100% :align: center ：フィッティング終了後の画面。 **フィッティング結果のグラフ表示** 　「Ni-neutron.gr」をクリック。 　「Plot Control」でx軸にr、 y軸にGcal、Gobdを選択。 　Ctrlキーを押しながらクリックするとプロットするデータを複数選択できる。 　「Plot」をクリックすると結果をグラフで表示（図７）。 **結果をテキストファイルに保存する場合** 　図７赤丸で示した「Export plot data」をクリックすると、ｒとGobs、rとGcalの列がテキストファイルとして保存される。 .. figure:: img/image019.jpg :scale: 100% :align: center ：解析結果をグラフで表示。 NOVAで得られたアルミナ（Al2O3）データのPDF解析 =============================================== 　Niの原子位置はすべて特殊位置なので、原子位置のrefinementをしていない。そこで原子位置をrefineする例としてアルミナのデータ解析を取り上げる。 構造モデルの入力 ----------------- 　Al2O3は空間群R-3c (No. 167) HEXAGONAL AXES、格子定数：a=4.75909, c=12.9918Å, γ=120°、原子位置は、Al：12c (0, 0, 0.3523)　O：18e (0.30632, 0, 1/4) .. figure:: img/image021.jpg :scale: 100% :align: center ：フィッティング終了後の画面。 **原子位置の入力** 　まず「Insert atoms」でAlをひとつ入力。座標は(0, 0, 0.3523)。 　「Expand space group」でH-3cを選択。Alの結晶学的に等価な12サイトの座標が入力される 　 　12番目のAlを右クリックで「Insert atoms」。O：(0.30632, 0, 1/4)を入力。 　Alと同様に「Expand space group」でH-3cを選択。Oの結晶学的に等価な18サイトの座標が入力される。 .. figure:: img/image024.jpg :scale: 100% :align: center ：フィッティング終了後の画面。 　入力された原子位置は、例えばAlの場合、(0, 0, z), (0, 0, -z+1/2), (0, 0, -z), (0, 0, z+1/2)、次に左の4つの座標に+(2/3, 1/3, 1/3)足したもの、次に+(1/3, 2/3, 2/3)を足したものの順に表示される（図９のInternational Tableを参照）。 測定データの入力 -------------------- Al2O3.grを読み込む ｒ<1.0に大きな振動成分があるので「Fit Range」は1.0～20Åに設定。 フィッティングパラメータの設定 ---------------------------------- 　Niのときと同様に、Scale Factor等を@1, @2….でフィッティングパラメータに設定する。 　ここでは原子位置のフィッティングパラメータの設定について説明。 　図９のInternational Tableに示すように、Alの場合にはz位置、Oの場合にはx, y位置がフィッティングパラメータとなる。これを入力したすべての原子に対して設定する必要がある。 　例えば１番目のAlについて、ｚ位置を@8として設定した場合、２番目のAlは１つめの位置(0, 0, z)に対して(0, 0, -z+1/2)の位置にあるので、z位置の設定は -@8+1/2となる。 　5番目のAlは１つめの位置 (0, 0, z)に対して+(2/3, 1/3, 1/3)の位置にあるので、z位置の設定は @8+1/3となる。 　１番目のOについて、x位置を@9として設定した場合、２番目のAlは１つめの位置(x, 0, 1/4)に対して(0, x, 1/4)の位置にあるので、 y位置の設定は @9+1/4となる。 　7番目のAlは１つめの位置 (x, 0, 1/4)に対して+(2/3, 1/3, 1/3)の位置にあるので、x位置の設定は @9+2/3となる。 　すべてのAlおよびOについて、次ページのように設定することになる。 .. code-block:: none Elem x y z Al @8 Al 0.5-@8 Al 1-@8 Al 0.5+@8 Al @8+0.333333 Al 0.5-@8+0.333333 Al 1-@8+0.3333333 Al 0.5+@8+0.333333 Al @8+0.666667 Al 0.5-@8+0.666667 Al -@8+0.666667 Al 0.5+@8+0.666667 O @9 O @9 O -@9 -@9 O -@9 O -@9 O @9 @9 O @9+0.666667 O @9+0.333333 O -@9+0.666667 -@9+0.333333 O -@9+0.666667 O -@9+0.333333 O @9+0.666667 @9+0.333333 O @9+0.333333 O @9+0.666667 O -@9+0.333333 -@9+0.666667 O -@9+0.333333 O -@9+0.666667 O @9+0.333333 @9+0.666667