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Plugin PMEFF JP

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Hiromichi Yokoyama edited this page Aug 11, 2026 · 2 revisions

Plugin: PMEFF（日本語）

PMEFF（"Python Molecular Editor Force Field"）は、周期表全体（Z=1–118）をカバーする、依存関係の少ない自己完結型の汎用力場です。明確に DFT 実行前の構造クリーンアップツール として位置づけられています — すべてのパラメータは Pyykkö の共有結合半径に由来するため未対応元素が生じることはありませんが、本格的な熱化学エンジンの代替にはなりません。
リポジトリ moleditpy_pmeff-plugin
作者 HiroYokoyama
対応 OS Windows, macOS, Linux, WSL
対応 Python >=3.9, <3.15
メニュー位置 選択可能な最適化手法 PMEFF (v1.4.0) + Analysis ▸ PMEFF Single-Point Energy + Analysis ▸ PMEFF Minimum Check (Vibrational) + Settings ▸ PMEFF Settings... + 3D Edit ▸ PMEFF Metal Geometry Override...
追加の依存関係 NumPy, RDKit

インストール方法については Official Plugins を、MoleditPy 標準の最適化手法との比較については Tips for force-field selection in 3D optimization を参照してください。

1. 概要

PMEFF は独自の最適化ダイアログを開くのではなく、メインアプリ組み込みの Optimize 3D アクションで選択できる手法の1つとして登録されます — MMFF94 や UFF を選ぶのと同じ要領で "PMEFF (v1.4.0)" を選びます。それに加えてプラグインは3つの追加ツールを提供します：オプションの物理項を切り替える設定ダイアログ、原子ごとの金属配位ジオメトリを上書きするテーブル、2つの解析アクション（一点エネルギーの内訳と、振動による極小点チェック）です。

2. 力場の項

  • Bonds（結合） — Morse（オプション）または調和振動子、極性結合の平衡長短縮を含みます。
  • Angles（角度） — 調和振動子で、混成に基づく平衡角、sp³ N/O/S/P 中心の孤立電子対圧縮、3員環内での余弦定理に基づくターゲット角、直線状 sp 中心のための k(1+cosθ) 項を持ちます。
  • Torsions（二面角） — 混成に応じて2、3、または6回対称のコサイン型二面角項と、π 性で重みづけされた2回対称の障壁。
  • Out-of-plane（面外） — sp² 3配位中心へのピラミッド化ペナルティ。
  • Van der Waals — 12-6 Lennard-Jones、原子ごとの半径 = 共有結合半径 + 0.90 Å、Lorentz–Berthelot 混合則、1-2/1-3 ペアは除外、1-4 ペアは深さ半分。
  • Electrostatics（静電） — シールド付きクーロン相互作用を伴う動的 QEq（電荷平衡化）で、最適化中に再計算されます。
  • Hydrogen bonds（水素結合、オプション） — N/O/F/S のドナー/アクセプターに対する幾何依存の D–H···A 項：12-6 動径項 × cos²(∠DHA) 角度項。
  • Dispersion（分散、オプション） — LJ 項に重ねた Becke-Johnson ダンピング付き C₆/r⁶。

電子効果（QEq + シールド付きクーロン）は、4配位の d⁸ 金属（Ni, Pd, Pt, Rh, Ir, Au）に平面四配位ターゲットを、6配位の d ブロック金属に八面体ターゲットを割り当てます — 自動判定が誤っている場合にこれを修正できるのが Metal Geometry Override テーブル（§4）です。

3. PMEFF Settings ダイアログ

Settings ▸ PMEFF Settings... には、オプション項ごとに1つのチェックボックスと説明ラベルが表示されます。

項 デフォルト
Electronic effects（QEq 動的電荷 + 平面四配位/八面体の金属ターゲット） On
Morse bond stretching On
Hydrogen bond correction On
Dispersion correction Off
Polar bond contraction（極性結合の平衡長短縮。例：Si-O, P=O, B-O, C-F） On

下部の Metal Geometry Override… ボタンから、以下で説明する同じテーブルを開けます。

4. PMEFF Metal Geometry Override ウィンドウ

3D Edit ▸ PMEFF Metal Geometry Override... からも直接開けるモードレスウィンドウで、以下を含みます。

  • "Show metals only" チェックボックス（デフォルトでオン）。
  • テーブル：Atom ID / Element / Neighbors / Geometry — Geometry は行ごとのドロップダウンで、原子の配位数に適合する選択肢のみに制限されます：Auto, Linear, Trigonal Planar, Square Planar, Tetrahedral, Trigonal Bipyramidal, Square Pyramidal, Octahedral。
  • 行は色分けされます：青（未保存の変更）、緑（適用済み）、白（上書きなし）。3Dビューで原子をクリックすると対応する行にジャンプしてハイライトします。
  • ボタン：Apply（原子を動かさずに上書きを保存）、Apply and Optimize（保存して即座に構造を緩和）、Clear All、Close。

5. 最適化と診断

最適化ルーチンは、極小点から遠い領域では FIRE 2.0 ミニマイザーを実行し、収束が近づくと L-BFGS フィニッシャーに引き継ぎます。二面角項とクーロン項を含め、全体を通して解析的勾配を使用します。O(N) のセルリスト探索とベルレリスト（原子がスキン幅の半分を超えて移動すると再構築）、最後の 2 Å で CHARMM 型のスイッチング関数を適用した 12 Å の van der Waals カットオフ、著しく歪んだ初期構造でも FIRE を安定させるための原子ごとの変位クランプ（デフォルト 1ステップあたり 0.20 Å）を使用します。

  • PMEFF Single-Point Energy（Analysis メニュー）は、原子を一切動かさずに9項のエネルギー内訳（結合/角度/二面角/面外/vdW/静電/水素結合/分散/合計）を報告します。
  • PMEFF Minimum Check (Vibrational)（Analysis メニュー）は解析的勾配上で有限差分ヘッシアンを計算し、単位質量の基準振動モード解析を実行して、虚数モードとゼロモードの数、および構造が真の極小点であるかどうかを報告します。報告される振動数は定常点の分類のみを目的としており、cm⁻¹ 単位ではなく、ORCA/Gaussian/PySCF による本格的な振動解析の代替にはなりません。

6. 典型的なワークフロー

  1. 特に金属配位が特殊な、大まかな3D構造を描画または読み込む。
  2. 必要であれば PMEFF Metal Geometry Override... を開き、最適化前に曖昧な金属中心の正しい配位ジオメトリを設定する。
  3. Optimize 3D の手法として "PMEFF (v1.4.0)" を選択して実行する。
  4. PMEFF Minimum Check (Vibrational) を実行し、虚数モードが無いことを確認する。
  5. 必要に応じて PMEFF Single-Point Energy を実行し、項ごとのエネルギー内訳を確認する。
  6. クリーンアップした構造を ORCA、PySCF、Gaussian のプラグインに渡し、本格的な DFT 計算を行う。

7. See also

このページは PMEFF v1.4.0 を対象に、2026-08-05 に作成されました。最新のバージョンは REGISTRY/plugins.json を参照してください。

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