import sys
import os
from numpy import sin, cos, tan, arcsin, arccos, arctan, exp, log, sqrt
import numpy as np
from numpy import linalg as la
from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D
import matplotlib.pyplot as plt
from tkcrystalbase import *
"""
結晶中の原子間距離を計算するスクリプト。
このスクリプトは、与えられた格子定数と原子サイト情報に基づき、結晶中の原子間距離を計算し、表示します。
実空間および逆空間の格子情報（格子ベクトル、メトリックテンソル、単位胞体積）も計算し、表示します。
計算された原子間距離は、指定された距離範囲内でソートされて出力されます。
:doc:`crystal_distance_usage`
"""
# Lattice parameters (angstrom and degree)
#lattice_parameters = [ 5.62, 5.62, 5.62, 60.0, 60.0, 60.0]
lattice_parameters = [ 5.62, 5.62, 5.62, 90.0, 90.0, 90.0]
# Site information (atom name, site label, atomic number, atomic mass, charge, radius, color, position)
sites = [
['Na', 'Na1', 11, 22.98997, +1.0, 0.7, 'red', np.array([0.0, 0.0, 0.0])]
,['Na', 'Na2', 11, 22.98997, +1.0, 0.7, 'red', np.array([0.0, 0.5, 0.5])]
,['Na', 'Na3', 11, 22.98997, +1.0, 0.7, 'red', np.array([0.5, 0.0, 0.5])]
,['Na', 'Na4', 11, 22.98997, +1.0, 0.7, 'red', np.array([0.5, 0.5, 0.0])]
,['Cl', 'Cl1', 17, 35.4527, -1.0, 1.4, 'blue', np.array([0.5, 0.0, 0.0])]
,['Cl', 'Cl2', 17, 35.4527, -1.0, 1.4, 'blue', np.array([0.5, 0.5, 0.5])]
,['Cl', 'Cl3', 17, 35.4527, -1.0, 1.4, 'blue', np.array([0.0, 0.0, 0.5])]
,['Cl', 'Cl4', 17, 35.4527, -1.0, 1.4, 'blue', np.array([0.0, 0.5, 0.0])]
]
# Distance range
rmin = 0.1 # angstrom. used to judge identical site
rmax = 4.5 # angstrom.
[ドキュメント]
def main():
"""
結晶の格子情報と原子間距離を計算し、結果を出力するメイン関数。
この関数は、`lattice_parameters` と `sites` グローバル変数で定義された情報に基づき、
以下の処理を実行します。
1. 実空間の格子ベクトル、メトリックテンソル、単位胞体積を計算し、標準出力に表示します。
2. 逆空間の格子ベクトル、逆格子メトリックテンソル、逆格子単位胞体積を計算し、標準出力に表示します。
3. `rmin` と `rmax` で指定された範囲内で、全ての原子ペア間の原子間距離を計算します。
この際、周囲の単位胞（`nxmax`, `nymax`, `nzmax` の範囲）に存在する原子も考慮します。
4. 計算された原子間距離を昇順にソートし、各距離と関連するサイト情報、単位胞のオフセットを標準出力に表示します。
"""
print("")
print("Lattice parameters:", lattice_parameters)
aij = cal_lattice_vectors(lattice_parameters)
print("Lattice vectors:")
print(" ax: ({:10.4g}, {:10.4g}, {:10.4g}) A".format(aij[0][0], aij[0][1], aij[0][2]))
print(" ay: ({:10.4g}, {:10.4g}, {:10.4g}) A".format(aij[1][0], aij[1][1], aij[1][2]))
print(" az: ({:10.4g}, {:10.4g}, {:10.4g}) A".format(aij[2][0], aij[2][1], aij[2][2]))
inf = cal_metrics(lattice_parameters)
gij = inf['gij']
print("Metric tensor:")
print(" gij: ({:10.4g}, {:10.4g}, {:10.4g}) A".format(*gij[0]))
print(" ({:10.4g}, {:10.4g}, {:10.4g}) A".format(*gij[1]))
print(" ({:10.4g}, {:10.4g}, {:10.4g}) A".format(*gij[2]))
print("")
volume = cal_volume(aij)
print("Volume: {:12.4g} A^3".format(volume))
print("")
print("Unit cell volume: {:12.4g} A^3".format(volume))
Raij = cal_reciprocal_lattice_vectors(aij)
Rlatt = cal_reciprocal_lattice_parameters(Raij)
Rinf = cal_metrics(Rlatt)
Rgij = Rinf['gij']
print("Reciprocal lattice parameters:", Rlatt)
print("Reciprocal lattice vectors:")
print(" Rax: ({:10.4g}, {:10.4g}, {:10.4g}) A^-1".format(*Raij[0]))
print(" Ray: ({:10.4g}, {:10.4g}, {:10.4g}) A^-1".format(*Raij[1]))
print(" Raz: ({:10.4g}, {:10.4g}, {:10.4g}) A^-1".format(*Raij[2]))
print("Reciprocal lattice metric tensor:")
print(" Rgij: ({:10.4g}, {:10.4g}, {:10.4g}) A^-1".format(*Rgij[0]))
print(" ({:10.4g}, {:10.4g}, {:10.4g}) A^-1".format(*Rgij[1]))
print(" ({:10.4g}, {:10.4g}, {:10.4g}) A^-1".format(*Rgij[2]))
Rvolume = cal_volume(Raij)
print("Reciprocal unit cell volume: {:12.4g} A^-3".format(Rvolume))
# Calculate the range of unit cells
nxmax = int(rmax / lattice_parameters[0]) + 1
nymax = int(rmax / lattice_parameters[1]) + 1
nzmax = int(rmax / lattice_parameters[2]) + 1
print("")
print("nmax:", nxmax, nymax, nzmax)
# Calculate interatomic distances and store them in rlist list variable
rlist = []
for isite0 in range(len(sites)):
site0 = sites[isite0]
name0, label0, z0, M0, q0, r0, color0, pos0 = site0
for isite1 in range(len(sites)):
site1 = sites[isite1]
name1, label1, z1, M1, q1, r1, color1, pos1 = site1
for iz in range(-nzmax, nzmax+1):
for iy in range(-nymax, nymax+1):
for ix in range(-nxmax, nxmax+1):
dis = distance(pos0, pos1 + np.array([ix, iy, iz]), gij)
if dis < rmin or rmax < dis:
continue
rlist.append([dis, site0, site1, ix, iy, iz])
# print(" {:4} ({:8.4g}, {:8.4g}, {:8.4g}) - {:4} ({:8.4g}, {:8.4g}, {:8.4g}) + ({:2d}, {:2d}, {:2d}): dis = {:10.4g} A"
# .format(label0, pos0[0], pos0[1], pos0[2], label1, pos1[0], pos1[1], pos1[2], ix, iy, iz, dis))
# Sort rlist by distance (x[0] priority)
rlist.sort(key = lambda x: (x[0], x[1], x[3], x[4], x[5], x[2]))
print("")
print("Interatomic distances:")
for rinf in rlist:
dis, site0, site1, ix, iy, iz = rinf
name0, label0, z0, M0, q0, r0, color0, pos0 = site0
name1, label1, z1, M1, q1, r1, color1, pos1 = site1
print(" {:4} ({:8.4g}, {:8.4g}, {:8.4g}) - {:4} ({:8.4g}, {:8.4g}, {:8.4g}) + ({:2d}, {:2d}, {:2d}): dis = {:10.4g} A"
.format(label0, pos0[0], pos0[1], pos0[2], label1, pos1[0], pos1[1], pos1[2], ix, iy, iz, dis))
print("")
exit()
if __name__ == '__main__':
main()