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[Gaussian/gview] 用Gaussian 16做二分量赝势自旋轨道DFT(SODFT)计算

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发表于 Post on 2020-4-16 18:29:30 | 显示全部楼层 Show all |阅读模式 Reading model
本帖最后由 beefly 于 2020-4-16 19:39 编辑

能够做二分量赝势SODFT计算的程序里[1],用的比较多的大概就是“西北大学化学系”[2]和“淘宝猫”了[3],因为这两个程序的SODFT都有解析梯度,能够做结构优化。如果把平面波程序也算上,还有VASP。
注释
  • 二分量全电子SODFT是另一个话题,这里不涉及。
  • NWChem做SODFT见:http://bbs.keinsci.com/thread-5573-1-1.html
  • Turbomole除了SODFT,还有二分量的TDDFT以及post-HF(MP2、CC2),不过除了SODFT之外的方法目前都没有梯度,并且用免费的Dirac也能做,而且功能更强。

其实从16版开始,Gaussian也支持二分量赝势SOHF、SODFT的能量和梯度计算,只是很低调,没有宣传。在Gaussian的安装包中,找到tests目录下的test1198,就是一个用二分量赝势在HF级别计算Sg原子的测试,输入文件里包含详细注释。以下是TlCl分子结构优化+振动频率计算的输入示例。
输入文件说明
  • 调用二分量SCF方法需要在HF、泛函名称之前加前缀g。Gaussian的二分量SCF方法是在GHF/GKS non-collinear框架下执行的,未考虑时间反演对称性,也不能用点群对称性。如果对分子结构的对称性有严格要求,建议用Z矩阵坐标,并且opt(z-mat)
  • GHF/GKS没有二阶导数,频率计算需要用梯度做数值差分。
  • GHF/GKS必须结合二分量赝势。如果用一般的标量赝势,则GHF/GKS忽略旋轨耦合效应,得到与标量HF/KS计算一样的结果。二分量赝势与标量赝势的区别在于L > 0 (s)以上的赝势函数多出一列。Gaussian基组库没有二分量赝势,必须通过genecpgen pseudo从输入文件读入。获得二分量赝势的方法见http://bbs.keinsci.com/thread-5573-1-1.html 。需要注意的是,这些基组数据库都不支持Gaussian格式的二分量赝势输出。建议先输出Gaussian格式的标量赝势,粘贴到Gaussian输入文件里,再输出其他格式的二分量赝势,把旋轨耦合部分手工加入到Gaussian输入文件相应的部分(建议找个具有列编辑功能的文本编辑器)。
  • 旋轨耦合赝势在早期文献中有两种定义,差别在于是否乘上因子2/L。如果没有经过2/L换算,需要加上输入选项pseudo=soscal(见test1198第二步计算)。不过目前的赝势基组库网站都用了2/L换算后的定义,因此一般不用加这个选项。唯一的例外是Clarkson大学的赝势基组库(https://people.clarkson.edu/~pchristi/reps.html),给了两种定义,建议用“Download for use in GAUSSIAN and COLUMBUS packages.”中给出的旋轨耦合赝势,这是换算过的。
  • 在这个输入里,忽略了Cl原子的旋轨耦合效应,用了非相对论基组cc-pVDZ,当然也可以用一般的标量赝势基组,比如cep-4g、lanl2dz、sddall。不要用全电子相对论收缩基组(基组名一般带有x2c、dk、zora)。
  • 在这个输入里,其他关键词的含义和一般的HF、DFT计算相同。但是GHF/GKS不支持布局分析和各种单电子性质,不要加这类关键词。

GHF/GKS计算开壳层体系的注意事项
  • 在二分量相对论方法中,自旋多重度是没有严格物理意义的。输入文件里给出的是近似的自旋多重度(在分子坐标前一行),但是结果依赖于初猜以及SCF迭代,最终得到的自旋多重度可能并不是想要的,需要检查<S**2>和S是否近似符合要求。
  • GHF/GKS计算开壳层体系一般会收敛很慢,需要加大SCF迭代次数或适当降低SCF收敛阈值。一些解决标量SCF收敛的选项可能无效。
  • GHF/GKS计算开壳层过渡元素体系,初猜具有随机性,结果可能无法重复,甚至不是基态。


  1. %mem=8GB
  2. %nprocshared=4
  3. #p gb3lyp/genecp opt freq=numer

  4. TlCl. Tl=dhf-SVP, Cl=cc-pvdz

  5. 0 1
  6. Tl
  7. Cl  1  r1

  8. r1 2.485

  9. Cl     0
  10. cc-pvdz
  11. ****
  12. Tl    0
  13. S  6  1.00
  14.   45.356924655      0.50938157397E-02
  15.   20.278843336     -0.14805704314
  16.   14.420612394      0.36768453564
  17.   6.2161909754     -0.66820394623
  18.   1.5002511178      0.96232806743
  19. 0.76330879305      0.33175999361
  20. S  2  1.00
  21.   7.8193195283     -0.18828631537E-01
  22.   1.3176904042      0.32093431467
  23. S  1  1.00
  24. 0.17643545481       1.0000000000
  25. S  1  1.00
  26. 0.65296835238E-01   1.0000000000
  27. P  4  1.00
  28.   9.0323058024      0.22738839085
  29.   7.5356419671     -0.35117975889
  30.   1.0521421998      0.25690085604
  31. 0.50303932656      0.84549942764E-01
  32. P  1  1.00
  33.   2.0067660913       1.0000000000
  34. P  1  1.00
  35. 0.16675605056       1.0000000000
  36. P  1  1.00
  37. 0.48596401464E-01   1.0000000000
  38. D  5  1.00
  39.   9.4421940760      0.58250776986E-01
  40.   7.4410003381     -0.11789199301
  41.   1.9831617772      0.34232057636
  42. 0.91671748567      0.47557282350
  43. 0.39647207885      0.30528029435
  44. D  1  1.00
  45. 0.15500000000       1.0000000000
  46. ****

  47. TL     0
  48. TL-ECP     5     60
  49. h POTENTIAL
  50.   1
  51. 2      1.00000000            0.00000000
  52. s-h POTENTIAL
  53.   2
  54. 2     12.16780500          281.28466300
  55. 2      8.29490900           62.43425100
  56. p-h POTENTIAL
  57.   4
  58. 2      7.15149200            4.63340800       -9.266817
  59. 2      5.17286500            9.34175600        9.341756
  60. 2      9.89107200           72.29925300     -144.598506
  61. 2      9.00339100          144.55803700      144.558037
  62. d-h POTENTIAL
  63.   4
  64. 2      7.13021800           35.94303900      -35.943039
  65. 2      6.92690600           53.90959300       35.939729
  66. 2      5.41757000           10.38193900      -10.381939
  67. 2      5.13868100           15.58382200       10.389215
  68. f-h POTENTIAL
  69.   4
  70. 2      5.62639900           15.82548800      -10.550326
  71. 2      5.54895200           21.10402100       10.552010
  72. 2      2.87494600            2.91512700       -1.943418
  73. 2      2.82145100            3.89690300        1.948451
  74. g-h POTENTIAL
  75.   4
  76. 2      6.67905700           -7.49453400        3.747267
  77. 2      6.70683500           -9.54057500       -3.816230
  78. 2      7.20928400           -7.79799200        3.898996
  79. 2      7.07096400           -9.25952400       -3.703809
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发表于 Post on 2021-6-6 11:13:19 | 显示全部楼层 Show all
老师关于把旋轨耦合部分手工加入到Gaussian输入文件相应的部分,具体怎么加呢? 是将组合系数直接加在其相同高斯函数指数的系数后面吗?C:\Users\NO.9-808\Desktop\1.jpg

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发表于 Post on 2021-6-6 15:00:51 | 显示全部楼层 Show all
Smes 发表于 2021-6-6 11:13
老师关于把旋轨耦合部分手工加入到Gaussian输入文件相应的部分,具体怎么加呢? 是将组合系数直接加在其相同 ...

图没贴上。看http://bbs.keinsci.com/thread-25-1-1.html第81行了解如何正确贴图。

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发表于 Post on 2021-6-6 15:01:23 | 显示全部楼层 Show all
Smes 发表于 2021-6-6 04:13
老师关于把旋轨耦合部分手工加入到Gaussian输入文件相应的部分,具体怎么加呢? 是将组合系数直接加在其相同 ...

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BDF(https://bdf-manual.readthedocs.io/zh_CN/latest/Introduction.html)、ORCA(https://orcaforum.kofo.mpg.de/index.php)开发团队成员

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发表于 Post on 2021-6-6 21:06:18 | 显示全部楼层 Show all
snljty 发表于 2021-6-6 15:00
图没贴上。看http://bbs.keinsci.com/thread-25-1-1.html第81行了解如何正确贴图。

谢谢老师,请问老师是这样加吗?
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