ソフトウェアの連鎖ではなく、科学的な問いから始める

計算化学におけるAI支援は、明確に定義された計算を整理するときに最も有用です。入力の確認、未決定事項の特定、引き継ぎの準備、限界を踏まえた出力の説明などに役立ちます。流暢な応答は、構造、反応速度論機構、熱力学データベース、シミュレーションデータの代わりにはなりません。

このガイドの6つのSkillsは、それぞれ異なる段階と科学的な問いを対象にしています。これらを既定のCantera → pycalphad → Phonopyパイプラインとして組み合わせるべきではありません。気相着火、有限温度での合金平衡、格子振動、反応分子動力学の後処理には、それぞれ異なるモデルと入力仕様が必要です。

必要な観測量から分岐を選びます。材料探索ならフォノンスペクトルや平衡相分率、プロセス最適化なら特定機構に基づく着火遅れの比較が該当する場合があります。エージェントに作業準備を依頼する前に、問い、物理的仮定、入力の由来、受け入れ基準を記録してください。

関連ガイド：化学・材料 AI Skills · 化学 AI エージェントの技術スタック。

Skillsスタックとその境界を理解する

これらのリソースは指示ベースのSkillsであり、場合によっては補助ツールを伴います。上流の科学計算パッケージ、自律的に実行するエージェント、ホスト型シミュレーションAPIではありません。Skillを読み込むとホストに手順上の指針が与えられますが、ソルバーがインストールされたり、計算権限が付与されたり、実行が保証されたりするわけではありません。ホストごとに対応状況も異なります。

リソース 説明されている役割 必要な科学的入力 出力または引き継ぎ
Pymatgen Skill 構造検証、対称性の感度、変換計画、ローカル凸包解析 構造、または互換性のある計算済みエネルギー項目 レポート、変換済み成果物、クエリ計画、マニフェスト
ASE Skill 原子論的ワークフローと計算器リクエストの振り分け タスクの意図と分岐に必要な最小限の文脈 分岐の選択、不足入力、委任手順
Phonopy Skill 有限変位とフォノン解析の整理 構造と、変位スーパーセルの力または力定数 変位レイアウト、組み立て状況、フォノン分散/DOS/熱物性ファイル
Cantera Skill 補助ツールを用いた均一理想気体着火 機構、組成、反応器の拘束条件、条件 JSONレポート、4組の時系列データ、機構スナップショット
pycalphad Skill 補助ツールを用いた有限温度CALPHAD平衡 ローカルTDB、成分、相、組成、条件 平衡CSVと数値チェックレポート
ReacNetGenerator Skill 反応分子動力学の後処理と出力検査 実際の軌跡、原子マッピング、セルの文脈 化学種/反応の成果物、レポート、ログ

以下のリソース間の引き継ぎは、テスト済みの相互運用性ではなく、提案された連携として扱ってください。上流パッケージと外部の力計算エンジンは、それぞれ別個の依存関係です。

入力を準備し、原子論的な意味を保つ

提案する構造優先のワークフローでは、Pymatgen Skillを使い、入力が周期構造か非周期分子かを確認します。単位、座標モード、格子、占有率、無秩序、酸化状態の扱いを明確にします。パーサーの警告は、修正を黙って受け入れずに保持してください。

形式変換は単なるファイル出力ではなく、科学的な判断です。このSkillでは、表現上の情報損失の計画、新しいパスへの書き出し、往復変換後の関連特性の確認を説明しています。下流へ引き渡す前に、元素種の順序、格子、周期性、座標、サイト情報を比較してください。接触チェックには非常に短い格子ベクトルに対する限界があるため、検証レポートに合格しても、構造が網羅的に認証されたことにはなりません。

対称性が必要なタスクでは、明示した距離許容値と角度許容値に対する感度を調べます。望ましい空間群を得るためだけに許容値を調整してはいけません。

次に、ASEのトップレベルSkillが振り分けの仕様を示します。静的計算、緩和、MD、NEBの意図はase/ase-workflowsへ、計算器の設定はase/ase-calculatorsへ振り分けられます。混在するリクエストはワークフロー分岐から始めます。ルーターは選択、理由、不足入力、次の委任先を報告します。計算を実行したり、バックエンドのパラメータを独自に指定したりはしません。

分岐1：構造と実際の力に基づくフォノン計算

目的が格子振動のバンド構造、状態密度、熱物性量であればPhonopyを選びます。セルの文脈、力の提供元、スーパーセル、変位振幅、対称性の設定、目標出力を決める必要があります。バンド計算には定義された経路とサンプリングも必要です。DOSと熱物性の計算にはメッシュが必要で、熱解析には温度設定も必要です。

提案する構成は次のとおりです。

検証済み構造 → 変位タスク → 別途用意する力計算プロバイダー → 検査済みの力データ収集 → 力定数 → 要求された解析。

このSkillはVASP、Quantum ESPRESSO、機械学習力場などのプロバイダーを挙げていますが、それは統合がテスト済みである証拠ではありません。力の計算実行とクラスタへの投入は別の場所で行います。準備時に、未計算の力を特定してください。実際の変位スーパーセルの力、または提供済みの力定数がなければ、力定数の組み立てに進んではいけません。

変位と力ファイルの対応を明示的に記録します。ファイルの欠落、原子順序の変更、単位の不整合があれば組み立てを中止してください。関連する長距離補正または非解析補正の設定を報告します。虚数モードは、解釈の前に収束性、スーパーセルのサイズ、設定を調べる必要があります。虚数モードの有無だけで材料の適性が決まるわけではありません。

分岐2：Canteraによる気相着火

定積または定圧の拘束条件下で、閉鎖系・断熱・均一な理想気体の着火を扱う場合はCantera Skillを選びます。付属の補助ツールは火炎ソルバーでも、汎用反応器ネットワーク構築ツールでもありません。

入力には、反応速度論機構、初期温度と圧力、モル量、シミュレーション時間、出力間隔、ソルバー制御が含まれます。カスタム機構はCantera YAML形式で利用可能でなければなりません。理想気体相と必要な化学種を確認し、機構の由来を保持してください。反応器の拘束条件は、利便性ではなく物理的な問いに基づいて選びます。

補助ツールは、均一な出力グリッド上で温度微分が全域最大値に達する時刻として着火遅れを定義します。加熱が不十分な場合や、最大値が時間境界に近すぎる場合、遅れ値は出力されません。出力間隔、ソルバー制御、時間範囲への感度を調べるため、独立した4回の実行を行います。

JSONレポートと4組すべてのCSV時系列を確認し、質量、元素、適切なエネルギー保存のチェックも調べます。遅れ値がnullなら、記載された基準では未解決または非着火の状態を示します。会話を通じて推定すべき数値ではありません。数値分解能が機構の妥当性を証明するわけではなく、熱力学範囲のチェック対象は保存された状態であり、積分中のすべての内部状態ではありません。

分岐3：pycalphadによるCALPHAD平衡

1つのバルク元素組成、1つの圧力、明示的な有限温度リストにおける平衡相分率と組成を求める場合は、pycalphad Skillを選びます。由来が記録され、対象とする評価領域が適切なローカルTDBを用意してください。付属のideal-cu-ni.tdbは教育用の仮想データであり、評価済みのCu-Niデータベースではありません。

成分と候補相は意図的に指定します。補助ツールはN-1個の独立な元素モル分率と、空孔以外の従属元素を1つだけ要求します。組成を黙って正規化することはありません。投入前に重量基準の組成を変換してください。相の除外は平衡結果を制約する可能性があるため、記録します。

出力にはreport.jsonとphase-equilibria.csvが含まれます。相分率はモル基準です。同じ相名を持つ複数の組成セットは保持されます。これは混和ギャップがある場合に重要です。それらを1つの組成にまとめないでください。

受け入れ確認では、有限のギブズエネルギー、相分率の合計、再構成したバルク組成、および相構成のサンプリングを増やした場合の感度を調べます。これらの確認は、全域最小値の証明にも、データベースの実験的妥当性の検証にもなりません。端点や超微量の要求を解釈する前に、記録されたソルバーによる組成調整を確認してください。平衡結果から析出速度や残留する準安定組織を予測することもできません。

Pymatgenのローカル計算エネルギー凸包は別の解析です。互換性のあるエネルギーと競合エントリーが前提であり、この有限温度TDBワークフローの代わりにはなりません。

分岐4：反応分子動力学軌跡の解析

反応分子動力学シミュレーションで実際のbond、dump、XYZ、またはextended XYZ軌跡が得られた後に、ReacNetGenerator Skillを選びます。このSkillは軌跡を生成せず、その基礎となる力モデルを検証するものでもありません。

まず原子名とタイプの対応関係を確立します。LAMMPS dataファイルは推定の手掛かりになりますが、割り当てが曖昧なら確認が必要です。dump座標がスケーリング座標かデカルト座標かを確かめ、セル情報が意図する周期処理を支えられるか確認します。別個のreacnet-md-toolsラッパーは、直方晶系および三斜晶系セルでの座標変換を説明しています。

このSkillは、一般的なLAMMPS dump処理をrng-pipelineへ、より低レベルの要求をネイティブのreacnetgeneratorへ、既存の化学種/反応出力の問い合わせをrng-queryへ振り分けます。ローカルブラウザーインターフェースは、明示的に要求する別個の選択肢です。HMMの選択を記録し、初回の簡易実行を決定的な解析として扱わないでください。

生成された化学種、反応、レポートの成果物とあわせてログを確認します。科学的評価案として、重要なイベントを元の軌跡と比較し、解析上の選択に対する感度を調べてください。生成ネットワークを、Canteraで使う検証済み気相反応速度論機構へ自動的に再分類してはいけません。

提案例：停止ゲートを設けたフォノンDOSの試験

研究者が周期構造のinput.cifを提示し、探索的なフォノンDOSを求めているとします。これは提案された評価であり、完了済みの計算ではありません。

  1. 受付： 元ファイルとチェックサムを保持します。Pymatgen Skillを通じて構造検証と対称性感度レポートを依頼します。
  2. 判断： 占有率、座標、パーサーに関する曖昧さを解消します。表現情報の損失計画と往復チェックの後に限り、変換を承認します。
  3. 準備： 明示的に承認されたセル、スーパーセル、振幅、メッシュの選択に基づいて変位タスクを整理するよう、Phonopy Skillに依頼します。実運用の収束設定を推測してはいけません。
  4. 実行の引き継ぎ： 変位構造を別途設定した力計算プロバイダーへ渡します。ASEのルーティングが有用なら、ワークフロー/計算器の分担を実行保証ではなく、準備のための提案上の補助手段として使います。
  5. 停止ゲート： 力の欠落、原子順序の不整合、単位の不整合があれば組み立てを止めます。不足分を補うのではなく、修正済みの成果物を依頼してください。
  6. 解析： 完全性チェック後にのみ力定数を組み立て、DOSを生成します。収束比較を提案し、未解決の科学的選択を保持します。

想定される成果物一式には、入力、検証記録、変位マニフェスト、力の成果物、解析設定、出力、限界が含まれます。この分岐ではCALPHADデータベース、着火機構、反応軌跡は必要ありません。

科学的判断ではなく、引き継ぎを自動化する

提案するエージェントワークフローでは、「入力不完全」「準備完了」「実行承認済み」「出力利用可能」「チェック失敗」「解釈待ち」といった明示的な状態を管理してください。準備の権限と、計算実行や外部サービスへのアクセス権限は分けます。

PymatgenのMaterials Project補助ツールは、既定ではオフラインのクエリ計画を行います。データ取得には明示的な承認、範囲を限定した条件、認証が必要です。Materials Projectは外部データサービスであり、mp-apiはそのクライアントです。Skillが提供するサービスではありません。

失敗時には診断情報と失敗したチェックを保持します。分岐に応じて、未解決の着火サンプリングを見直す、平衡感度を調査する、力データ収集を修復する、軌跡マッピングを明確化するなどの対応を行います。無制限の再試行を避け、失敗したチェックを収束済みとして報告しないでください。

ソフトウェア環境、設定、ハッシュ、警告、親子関係にある成果物の関係を保持します。Canteraのスナップショットハッシュは保存されたバイト列を識別するものであり、その他の点で同等な再実行でも異なる場合があります。インポートした機構の依存関係は別途保持してください。ライセンスの範囲も重要です。ASEのSkillはMITを宣言していますが、コレクションにはLGPLの文面が含まれ、両者の関係は未解決です。再配布前にその範囲を明確にし、リポジトリが公開されていることだけで権利が成立すると考えないでください。

読者向けチェックリストと関連ガイド

  • 科学的な観測量と適切な分岐が明確ですか？
  • 構造、力、機構、データベース、軌跡は実際に提供された入力ですか？
  • 単位、組成基準、原子順序、周期性を記録していますか？
  • 外部依存関係と実行権限をSkillの読み込みとは別に扱っていますか？
  • 失敗したチェックと未解決の結果を保持していますか？
  • 数値的一貫性と科学的妥当性を別々に評価していますか？
  • 別の研究者が成果物の由来と仮定を再構成できますか？

背景をさらに知るには、エージェントとSkillsおよび化学分野のAI Skillsを参照してください。問いに応じて、各分岐を材料科学ワークフローまたは化学工学ワークフローにつなげます。再現可能な化学AIガイドを用いて、準備、実行、解釈にわたる記録を計画してください。

出典

主要なワークフロー仕様：ASE Skillの指示、Pymatgen Skillの指示、Phonopy Skillの指示。

分岐の定義と出力チェック：Cantera Skillの指示、pycalphad Skillの指示、ReacNetGenerator Skillの指示。コレクションのライセンス文面は、ASEのライセンス範囲に関する注意の根拠です。