比较ORCA-Gaussian解决SCF收敛方法与关键词 - 计算化学公社

Gaussian 16

ORCA 4.2.0

IOp(5/13=0)

%scf

ConvForced 1 # Not default

end

ConvForced # = 0: convergence not mandatory for next calculation step

# = 1: break, if you did not meet the convergence criteria

强烈建议在使用ORCA的时候手动添加ConvForced=1。

IOp(5/13=1)和ConvForced 0的意思是SCF达到上限不收敛的时候继续计算。这是广受批判且不解决任何问题的做法。但是因为ORCA的默认参数是不必须收敛，所以把这个放在第一个。

SCF=maxcyc=200

MaxIter 200

SCF=Conver=8

! TightSCF

SCF=Conver=N 意味着

RMS density matrix 10e-N

Max change density matrix 10e-(N-2)

! TightSCF 意味着

TolE 1e-8 # energy change between two cycles

TolErr 5e-7 # DIIS error convergence

TolG 1e-5 # orbital gradient convergence

TolX 1e-5 # orbital rotation angle convergence

! VeryTightSCF 意味着

TolE 1.000e-09

TolErr 1.000e-08

TolG 2.000e-06

TolX 2.000e-06

Gaussian 在OPT的时候默认SCF=Conver=8。ORCA在OPT和计算梯度的时候默认TightSCF，在单点的时候使用NormalSCF。同时ORCA还有其他关键词，比如ConvCheckMode，来定义更加严格或者松散的SCF收敛。

当 ConvCheckMode 2 (默认)的时候并不会检查TolRMSP(RMS density change)和TolMaxP (maximum density change)所以SCF=Conver=8和! TightSCF其实并不等价

int= CoarseGrid

! Grid2 FinalGrid4 (ORCA default)

int=fine

! Grid4 No FinalGrid

int=ultrafine (Gaussian)

！Grid6 NoFinalGrid

! GridX4 # Orca Grid setting for COSX

这样看ORCA做DFT计算的时候，grid似乎少了一些。GridX虽然和SCF收敛关系不大，但是和数值噪音有关系（比如梯度的噪音）

%scf

CNVSOSCF true

SOSCFStart 0.003300

SOSCFMaxIt 150

end

ORCA在OPT的时候默认CNVSOSCF true，开启SOSCF，并且给了默认的开启条件SOSCFStart 0.0033，当轨道梯度（Orbital gradient/DIIS error）小于此设定值时，从默认的DIIS切换到SOSCF，SOSCFMaxIt如果到了这么多SCF cycle则无论有没有达到前一个条件（Orbital gradient）都开启SOSCF。手册里说CNVSOSCF默认是false，但是实际上OPT的时候默认true，Engrad和大部分的时候默认false，如果OPT不想使用SOSCF，可以写! Nososcf。如果SOSCF开启的过早，则可能产生不可靠的巨大步长。

见ORCA手册9.6.6

SCF=(XQC, MaxConventionalCycles=150)

%scf

NRMaxIt 150

NRStart 0.0033

end

此处左右两者意思不太一样，Gaussian中没有达到某个阈值开始二次收敛的意思，只有圈数的定义。Newton-Raphson会让每个SCF Cycle时间变长很多。

SCF=NoIncFock

%scf

DirectResetFreq 1 # Default 20

end

IOp(5/37=N)

%scf

DirectResetFreq N # Default 20

end

重新计算Fock矩阵的SCF次数

IOp(5/37)

0 Default (every 20 for direct, except 40 if Camp-King is on)

N Every N cycle

Guess=Read

%scf

Guess MORead

MOInp "xxx.gbw"

end

%scf

Guess MORead

GuessMode CMatrix

MOInp "xxx.gbw"

end

从之前的结果读入轨道作为初猜。在ORCA中，如果换了基组（比如增大了基组）那么此是GuessMode就有两种可选，CMatrix和FMatrix。

! SlowConv

! VerySlowConv

阻尼方法(Damping)，ORCA默认开启，并且在轨道梯度小于DampErr的时候停止Damping。Gaussian同样在迭代初期使用动态阻尼

SCF= vshift=100

%scf

CNVShift true # default: true

LShift 0.1 # default: 0.25, unit, Eh.

ShiftErr 0.1 # default: 0.0

end

ShiftErr 当DIIS error/gradient小于此值的时候，关闭Level Shifting

ORCA中有很多默认参数可能和手册里又些许的不同，这时候就需要从输出文件里查看相应的参数值了。