基于背景电荷计算晶体环境下分子的快捷脚本

ionexchangeC · 发表于 Post on 2022-7-16 02:34:11

本帖最后由 ionexchangeC 于 2022-7-16 02:42 编辑

sob的基于背景电荷计算分子在晶体环境中的吸收光谱http://bbs.keinsci.com/thread-20960-1-1.html中，给出了基于背景电荷模型计算晶体环境下分子的思路。不过实际上手的过程中，我发现实际操作还是相当麻烦的，于是写了一个脚本来完成工作。软件使用的是ORCA，没有用Gaussian是因为Gaussian中很多元素没有内置原子半径，算CHELPG电荷很麻烦。我给这个脚本取名叫QMcrystal，代码比较脏，没写注释，这个可能以后会补上。

QMcrystal.f90 (7.85 KB, 下载次数 Times of downloads: 10)

QMcrystal.exe (402.27 KB, 下载次数 Times of downloads: 11)

QMcrystal (41.08 KB, 下载次数 Times of downloads: 4)
脚本的基本思想是利用晶体的晶胞能够平移的特性，计算一个晶胞中所有原子的电荷，之后再进行平移。这个脚本还没有设计输出报错信息，因此请务必按照程序提示和本贴使用，否则出了问题都不好排查哪个环节错了。
使用实例：水杨酰胺，使用到所有的文件都在附件中。

QMcrystal_file.zip (2.43 MB, 下载次数 Times of downloads: 23)
这个脚本需要输入文件，输入文件的格式是原子坐标+三个Tv平移矢量，可以直接用GaussView生成。详见文件包中的1.inp，注意不要有空行。
文件包中的1.gjf文件是本次计算的晶体结构文件。将其中的坐标复制出来，存成1.inp，这就是我们需要的输入文件了。
运行脚本，会出现一串提示，按照提示输入。

首先是Input file path，也就是输入文件的路径。
之后是Number of atoms，输入原子数。
Calculation level也就是计算级别，也就是写在ORCA输入文件中！行的内容。注意不用写TightSCF和CHELPG关键词。这里我选了最便宜的BLYP/def2-SV(P)级别。
然后是CPU核数，每个核的内存以及自旋多重度。
之后是ORCA路径。
然后是设置将计算得到的电荷平移的尺寸（相当于把电荷扩成n*n的超胞之后挖去中心），原理上设置的越大越好，输入4或者以上可以扩得更大（输4的话就是9*9）。
最后是运行模式：模式1是直接运行，算出CHELPG电荷之后把它平移一圈就完成；模式2是迭代，也就是算出CHELPG电荷之后把它平移一圈，之后再在背景电荷存在的条件下再算一遍CHELPG电荷，之后平移，重复若干次；模式3就是迭代到自洽（后一次的电荷相比前一次的变化极小）。模式2需要设置迭代次数，模式3需要设置收敛限。
运行完毕后，当前目录下会产生charge.pc电荷文件和mol.inp即考虑了背景电荷的ORCA输入文件，还会留下oldchg.txt文件（上一次的电荷计算结果）。然后在mol.inp的基础上进行修改即可。
不过，这样得到的输入文件中依然含有8个水杨酰胺分子。如果机器足够好，把8个分子组成的团簇摆在一起也能算得动，不过对于我的电脑来说136个原子用杂化泛函算TDDFT有点吃力了，所以我又做了进一步简化。用文件包中的chg.exe（源码chg.f90）提取所有原子的CHELPG电荷和坐标之后，删去前17个，其余的加入charge.pc中（并改动首行记录的点电荷数），此文件在文件包中命名为charge1.pc。之后仅保留mol.inp中的前17个原子，存成mol1.inp。然后用不错的级别PBE0/def2-TZVP(-f)做TDDFT计算，计算得出的紫外光谱如文件包中的dislin.png所示。

这是没有考虑背景电荷的结果：

sobereva · 发表于 Post on 2022-7-16 08:56:18

顺带一提，Gaussian算CHELPG电荷只内置了CHELPG原文定义的（很少量）元素的半径，没有半径时必须在输入文件后头手动补，比较麻烦。而使用Multiwfn计算CHELPG电荷时，对于CHELPG原文没定义半径的情况，Multiwfn会在屏幕上的提示中直接推荐半径。还可以让Multiwfn在缺半径时自动用推荐的半径

zhoujd · 发表于 Post on 2022-7-16 15:26:58

为了降低计算量，我也试过类似的思路：
先算重复单元的原子电荷，然后利用空间群的对称性得到晶胞的原子电荷，再利用其平移特性得到背景电荷。
后来看了看230种空间群就搁置（不写）了，就用了一样的思路。

ps: Multiwfn原来可以设置自动选择推荐原子半径，我还专门另外写了一套脚本（也就多了一个回车）专门应对带有重原子的状况。

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[算法与编程] 基于背景电荷计算晶体环境下分子的快捷脚本

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