Periodic NBO程序测试

beefly

Periodic NBO（以下简称pnbo）是对周期体系进行NBO分析的程序，目前有VASP和Crystal两个程序的接口。因为我不用VASP，以下测试仅针对Crystal接口。

一、修改pnbo源代码和编译

  首先下载pnbo和相应的接口程序：https://schmidt.chem.wisc.edu/nbosoftware
  由于pnbo及其接口程序绑定intel mkl库，只能采用intel fortran + mkl编译。无奈程序作者的mkl版本太老，很多代码要做修改：

  1. process_crystal中的shared.f90，periodic_nbo中的matutil.f90，nbo.f90，nbo_shared.f90，periodic_matutil.f90，pre_nao.f90：
     “USE mkl95_BLAS” 改为 “USE BLAS95”
     类似地，“USE mkl95_LAPACK” 改为 “USE LAPACK95”
     “CALL ZHEEV_MKL95” 改为 “CALL HEEV”
     类似地，所有出现_MKL95后缀形如“CALL *ABCD_MKL95”（*=G或Z）的调用全部 改为 “CALL ABCD”
  2. process_crystal中的makefile、periodic_nbo中的Makefile.template：修改其中的mkl根路径和编译参数（里边居然还有拼写错误）。

  附件包含所有修改好的代码，直接替换同名的原文件，然后修改makefile、Makefile.template中的mkl根目录。VASP的接口程序可以根据以上说明自行修改。

  改完后用make命令编译，得到process_crystal.exe和nbo.exe。已经对intel 2017版编译器测试通过。


二、用附件中的测试输入mgo.d12和mgo.d3，依次运行Crystal的两个模块crystal和properties

  ./crystal < mgo.d12 > mgo.out
  ./properties < mgo.d3 > mgo.pout

  注意：
  1. 输入文件mgo.d12中的关键词SHRINK有两个参数，pnbo要求第一个参数为奇数。这两个参数必须和mgo.d3中NEWK下一行的两个参数一致。
  2. pnbo的crystal处理脚本要求输出文件mgo.out的最开头有输入回显，否则出错。如果没有回显，可以后期手工粘贴进去，或者把运行crystal的命令改为
  cp mgo.d12 mgo.out
  ./crystal < mgo.d12 >> mgo.out


三、处理Crystal的计算数据

  ./read_crystal.py mgo.out  > cry2nbo.out
  ./process_crystal.exe cry2nbo.out KRED.DAT

  如果运行成功，会产生NBO.out和NBO_mat.out两个数据文件。

四、运行pnbo

  ./nbo.exe NBO.out > mgo_nbo.out

  mgo_nbo.out是NBO分析的结果。

  第一次pnbo运行结束后，会产生一个控制参数文件nbo.config，修改里面的参数可以调用其它功能（如产生cube文件）。更多参数见程序中的READ_ME.txt文件。

以上流程已对Crystal 09和14测试通过。

beefly

pnbo的输出文件是下面这个样子的，比分子的nbo程序给出的信息少很多。测试体系是氧化镁，pnbo给出Mg带1.95个正电荷（根据pnao的文献J. Chem. Theory Comput. 8, 1902, 2012，应该是NPA电荷，见Table 2之前的那一段说明），但是没有键级。

1. Total number of elec. from input Bloch space matrices:    20.0000002499996
   
2. Total energy average from input Bloch space matrices:    -4087.95472705807
   
3. 
   
4. Obtaining NAO basis...
   
5. step 1 time  1.6927000E-02
   
6. step 2 time  2.8991999E-02
   
7. step 3 time  3.2384999E-02
   
8. step 4a time  0.1549110
   
9. step 4b time  2.2454999E-02
   
10. 
    
11. total time for obtaining NAO basis  0.3502110
    
12. 
    
13. Energy sum in Bloch space, NAO:         -4087.95472705807
    
14. Number of elec. in Bloch space, NAO:    20.0000002499996
    
15. Number of elec. in real space, NAO:     20.0000002500001
    
16. 
    
17. *****************************
    
18. **** NATURAL POPULATIONS ****
    
19. *****************************
    
20. 
    
21. Atom:  MG  1  occ: 10.0496950   charge:  0.1950305E+01
    
22. Atom:  O   2  occ:  9.9503059   charge: -0.1950306E+01
    
23. 
    
24. *********************************
    
25. **** NATURAL ATOMIC ORBITALS ****
    
26. *********************************
    
27. 
    
28.            1 MG s           2.0028718E-02 1 S
    
29.            2 MG s            1.999877     2 S
    
30.            3 MG px          1.0077541E-02 2 P
    
31.            4 MG py          1.0077541E-02 2 P
    
32.            5 MG pz          1.0077541E-02 2 P
    
33.            6 MG s            2.000000     3 S
    
34.            7 MG px           1.999852     3 P
    
35.            8 MG py           1.999852     3 P
    
36.            9 MG pz           1.999852     3 P
    
37. 
    
38.           10 O  s           1.3828600E-03 1 S
    
39.           11 O  s            1.993410     2 S
    
40.           12 O  px          5.3861097E-04 2 P
    
41.           13 O  py          5.3861097E-04 2 P
    
42.           14 O  pz          5.3861097E-04 2 P
    
43.           15 O  s            1.999996     3 S
    
44.           16 O  px           1.984634     3 P
    
45.           17 O  py           1.984634     3 P
    
46.           18 O  pz           1.984634     3 P
    
47. 
    
48. 
    
49. *******************************
    
50. ****** SEARCH PARAMETERS ******
    
51. *******************************
    
52. Default parameters. To change, modify the nbo.config file.
    
53. 1.60   #Occupancy cutoff for one-center NBOs
    
54. 1.85   #Occupancy cutoff for two-center NBOs
    
55. 
    
56. 
    
57. Number of non-bonding NBO's          10
    
58. Number of potential bonds           0
    
59. 
    
60. ****************************
    
61. **** NATURAL LONE PAIRS ****
    
62. ****************************
    
63. 
    
64. CR MG           1
    
65. Occ:   1.999852
    
66.   Hybridization   s%    0.000000000  p%  100.000000000  d%    0.000000000  f%    0.000000000
    
67.   -0.00000   0.00000  -0.00000  -0.00000  -0.00000  -0.00000  -0.01178  -0.04296   0.99901
    
68. 
    
69. CR MG           1
    
70. Occ:   1.999852
    
71.   Hybridization   s%    0.000000000  p%  100.000000000  d%    0.000000000  f%    0.000000000
    
72.    0.00000   0.00000  -0.00000  -0.00000   0.00000   0.00000   0.11980   0.99182   0.04406
    
73. 
    
74. CR MG           1
    
75. Occ:   1.999852
    
76.   Hybridization   s%    0.000000000  p%  100.000000000  d%    0.000000000  f%    0.000000000
    
77.    0.00000  -0.00000   0.00000  -0.00000   0.00000  -0.00000   0.99273  -0.12020   0.00654
    
78. 
    
79. CR MG           1
    
80. Occ:   1.999877
    
81.   Hybridization   s%  100.000000000  p%    0.000000000  d%    0.000000000  f%    0.000000000
    
82.    0.00000   1.00000  -0.00000   0.00000   0.00000  -0.00000   0.00000  -0.00000  -0.00000
    
83. 
    
84. CR MG           1
    
85. Occ:   2.000000
    
86.   Hybridization   s%  100.000000000  p%    0.000000000  d%    0.000000000  f%    0.000000000
    
87.    0.00000   0.00000  -0.00000  -0.00000  -0.00000   1.00000   0.00000  -0.00000   0.00000
    
88. 
    
89. LP O            2
    
90. Occ:   1.984634
    
91.   Hybridization   s%    0.000000000  p%  100.000000000  d%    0.000000000  f%    0.000000000
    
92.    0.00000   0.00000   0.00000   0.00000  -0.00000  -0.00000   0.99977   0.02155   0.00076
    
93. 
    
94. LP O            2
    
95. Occ:   1.984634
    
96.   Hybridization   s%    0.000000000  p%  100.000000000  d%    0.000000000  f%    0.000000000
    
97.   -0.00000   0.00000   0.00000  -0.00000   0.00000  -0.00000  -0.00099   0.01066   0.99994
    
98. 
    
99. LP O            2
    
100. Occ:   1.984634
     
101.   Hybridization   s%    0.000000000  p%  100.000000000  d%    0.000000000  f%    0.000000000
     
102.   -0.00000  -0.00000  -0.00000   0.00000   0.00000   0.00000  -0.02154   0.99971  -0.01067
     
103. 
     
104. LP O            2
     
105. Occ:   1.993410
     
106.   Hybridization   s%  100.000000000  p%    0.000000000  d%    0.000000000  f%    0.000000000
     
107.    0.00000   1.00000   0.00000   0.00000  -0.00000  -0.00000  -0.00000   0.00000  -0.00000
     
108. 
     
109. CR O            2
     
110. Occ:   1.999996
     
111.   Hybridization   s%  100.000000000  p%    0.000000000  d%    0.000000000  f%    0.000000000
     
112.   -0.00000   0.00000   0.00000  -0.00000  -0.00000   1.00000   0.00000  -0.00000  -0.00000
     
113. 
     
114. --------------------------------------------------------
     
115. 
     
116. ********************************
     
117. **** NATURAL RYDBERG STATES ****
     
118. ********************************
     
119. 
     
120. RYD MG           1
     
121. Occ:  1.0077541E-02
     
122.   Hybridization   s%    0.000000000  p%  100.000000000  d%    0.000000000  f%    0.000000000
     
123.   -0.00000  -0.00000   0.26409   0.93818   0.22378   0.00000   0.00000   0.00000   0.00000
     
124. 
     
125. RYD MG           1
     
126. Occ:  1.0077541E-02
     
127.   Hybridization   s%    0.000000000  p%  100.000000000  d%    0.000000000  f%    0.000000000
     
128.   -0.00000   0.00000   0.96175  -0.27365   0.01229   0.00000  -0.00000  -0.00000   0.00000
     
129. 
     
130. RYD MG           1
     
131. Occ:  1.0077541E-02
     
132.   Hybridization   s%    0.000000000  p%  100.000000000  d%    0.000000000  f%    0.000000000
     
133.   -0.00000   0.00000   0.07277   0.21197  -0.97456  -0.00000   0.00000   0.00000  -0.00000
     
134. 
     
135. RYD MG           1
     
136. Occ:  2.0028718E-02
     
137.   Hybridization   s%  100.000000000  p%    0.000000000  d%    0.000000000  f%    0.000000000
     
138.    1.00000  -0.00000   0.00000   0.00000   0.00000  -0.00000  -0.00000  -0.00000   0.00000
     
139. 
     
140. RYD O            2
     
141. Occ:  1.3828600E-03
     
142.   Hybridization   s%  100.000000000  p%    0.000000000  d%    0.000000000  f%    0.000000000
     
143.    1.00000  -0.00000  -0.00000   0.00000   0.00000   0.00000  -0.00000   0.00000   0.00000
     
144. 
     
145. Total occupancy of Lewis type valence NBOs        19.94674
     
146. Total occupancy of Non-Lewis type valence NBOs   0.0000000E+00
     
147. Total occupancy of Rydberg NBOs                  5.3260036E-02
     
148. Total valence occupancy                           20.00000
     
149. 
     
150. total time for NBO analysis  0.9385740
     

复制代码

zsu007

谢谢分享！

granvia

pnbo的输出文件是下面这个样子的，比分子的nbo程序给出的信息少很多。测试体系是氧化镁，pnbo给出Mg带1.95个正电荷（根据pnao的文献J. Chem. Theory Comput. 8, 1902, 2012，应该是NPA电荷，见Table 2之前的那一段说明），但是没有键级。

能输出以NAO为基的密度矩阵吗？

haizhiwuyu

非常棒

haizhiwuyu

非常感谢，忍不住再次感谢。主要是程序修改部分困扰了我好久，感谢指导。
另外，所有出现_MKL95后缀形如“CALL *ABCD_MKL95”的调用全部改为 “CALL ABCD”时，这里*=G或Z，还有D等，所有情况都要修改。