使用Multiwfn计算分子片段的偶极矩和复合物中单体的偶极矩

wanan

sob老师，请问总的偶极矩可以结构偶极矩和电子偶极矩吗？如果可以的话，怎么判断总偶极矩，结构偶极矩和电子偶极矩呢？

sobereva

wanan 发表于 2023-10-19 20:06
sob老师，请问总的偶极矩可以结构偶极矩和电子偶极矩吗？如果可以的话，怎么判断总偶极矩，结构偶极矩和电 ...

“请问总的偶极矩可以结构偶极矩和电子偶极矩吗？”   病句

wanan

sobereva 发表于 2023-10-20 08:13
“请问总的偶极矩可以结构偶极矩和电子偶极矩吗？”   病句

不好意思老师，看了您关于18碳环在电场下的超强调控作用，您文章里面提到18碳环可以分成内平面π电子偶极矩和外平面π电子偶极矩等，所以想问下您，偶极矩可以分成结构偶极矩和电子偶极矩吗？如果可以，怎么判断呢？

sobereva

wanan 发表于 2023-10-20 10:07
不好意思老师，看了您关于18碳环在电场下的超强调控作用，您文章里面提到18碳环可以分成内平面π电子偶极 ...

没有“结构偶极矩”这种说法
搞清楚偶极矩的定义和计算方式。取决于核坐标和电子密度分布

wanan

sobereva 发表于 2023-10-21 02:49
没有“结构偶极矩”这种说法
搞清楚偶极矩的定义和计算方式。取决于核坐标和电子密度分布

好滴，谢谢sob老师

Jack

请问sob老师，第一节原理部分片段偶极矩矢量计算公式有更多的说明文档或者参考文献吗？谢谢！

sobereva

Jack 发表于 2023-11-21 23:27
请问sob老师，第一节原理部分片段偶极矩矢量计算公式有更多的说明文档或者参考文献吗？谢谢！

没什么可参考的，显而易见
如果不懂原子权重函数是什么，看Multiwfn手册3.18节的相关介绍

Jack

sobereva 发表于 2023-11-22 00:12
没什么可参考的，显而易见
如果不懂原子权重函数是什么，看Multiwfn手册3.18节的相关介绍

好的，谢谢sob老师

Uus/pMeC6H4-/キ

这有好几个综合性的问题：
1. 文中的计算公式涉及电子密度ρ(r)，那么在用主功能15的子功能2计算偶极矩时：
(1)如果载入multiwfn的文件已经包含格点数据，如Gaussian cube格式，此时是否直接取格点数据作为ρ(r)呢？
(2)如果载入multiwfn的文件只有波函数信息但不包含格点数据，那计算ρ(r)的中间步骤里格点数量/质量的默认设置如何呢？计算ρ(r)的空间范围是否由子选项-5定义的原子范围限制？
(3)同上，能否在计算完偶极矩并返回主菜单时把ρ(r)的格点数据保留于内存，免得后续再用主功能5算一遍？
2. 一般电子密度的格点数据是用主功能5的子功能1计算的，算完同时输出Electric dipole moment estimated by integrating electron density内容，这和主功能15的子功能2所得结果具体有什么区别？
3. 本文计算偶极矩的方法明确支持CP2K做周期性计算输出的molden文件（按http://sobereva.com/651的说法补充了盒子信息和有效核电荷数）吗？尝试载入molden后进入主功能15，发现2 Calculate atomic and molecular multipole moments and <r^2>没有显示出来（子功能1下面就是子功能3），但输入2似乎还是能用的。

问这些是因为想起来http://bbs.keinsci.com/thread-50892-1-1.html和http://bbs.keinsci.com/thread-52757-1-1.html提及的通过动力学获得红外光谱。对这种计算偶极自相关函数的目的，让程序自动输出每步偶极矩，和让程序逐帧输出波函数信息再用multiwfn批量计算，会有精度上明显的区别吗？

sobereva

Uus/pMeC6H4-/キ 发表于 2025-5-6 14:13
这有好几个综合性的问题：
1. 文中的计算公式涉及电子密度ρ(r)，那么在用主功能15的子功能2计算偶极矩时 ...

1 (1) 不。此时选这个没意义
(2) 此功能目前用的是原子中心格点，每个原子对应的格点数是settings.ini里的radpot和sphpot设的（默认会恰当剪裁节约时间）
(3) 不能。本身用的格点形式也不一样。主功能5是均匀格点

2 主功能15的子功能2目前不支持周期性体系，这是为什么界面没显示。对于孤立体系，主功能15的子功能2是基于原子中心格点，而主功能5基于均匀格点，后者对于周期靠后的元素即便用很精细的格点也不可能算准偶极矩，因为均匀格点没法描述好它们变化剧烈的内核电子

建议直接让动力学程序输出每帧的偶极矩。

Uus/pMeC6H4-/キ

sobereva 发表于 2025-5-6 23:49
1 (1) 不。此时选这个没意义
(2) 此功能目前用的是原子中心格点，每个原子对应的格点数是settings.ini里 ...

今天看到还有另一个计算整体偶极矩的方法：

sobereva 在thread-42932-1-1的5楼和7楼说
净电荷不是0的体系，偶极矩是依赖于原点的选取的，所以计算离子的偶极矩没什么实际意义，而且就算要在不同程序间横向对比，也必须保证坐标是一致的。
而且计算偶极矩跟计算原子电荷没有直接联系，Multiwfn里你若要基于当前波函数文件里的信息计算偶极矩和多极矩，最好的做法是用主功能300的子功能5，会通过解析的积分计算，又精确又快。

主功能15是通过多中心数值积分得到的，主功能300的子功能5是解析积分得到的，前者耗时更高精度还更低

请教一下，主功能300的子功能5是在哪种格点上做解析积分，明确支持周期性体系的波函数么？



编辑：另外，从thread-26649-1-1的讨论来看目前没有严格定义的“正（负）电荷密度中心”，那么本帖在分子结构中画的偶极矩箭头的起点和终点也是有任意性的；在multiwfn目录examples\scripts下画箭头的两个VMD脚本中，drawarrow.tcl以measure center返回的几何中心为箭头中点，而drawarrow2.tcl以measure center返回的几何中心为箭头起点。然而主功能300的子功能5的输出包含下述信息：

1. X, Y, Z of center of positive charges (nuclear charges) in Angstrom
   
2.     0.000000   -0.000000   -0.000000
   
3. X, Y, Z of center of negative charges (electronic charges) in Angstrom
   
4.    -0.000714    0.023573   -0.002892

复制代码

这里说的正电荷中心和负电荷中心坐标也能连线获得大小和方向，那么与实际求出来偶极矩的大小与方向可以相互换算吗？

sobereva

Uus/pMeC6H4-/キ 发表于 2025-10-18 12:47
今天看到还有另一个计算整体偶极矩的方法：

请教一下，主功能300的子功能5是在哪种格点上做解析积分， ...

主功能300的子功能5是解析地计算积分，不是基于实空间格点的数值近似积分。不支持周期性

这里给出的负电荷中心坐标与正电荷中心坐标的矢量差就是偶极矩矢量

Uus/pMeC6H4-/キ

sobereva 发表于 2025-10-19 05:52
主功能300的子功能5是解析地计算积分，不是基于实空间格点的数值近似积分。不支持周期性

这里给出的负 ...

谢谢，结合源代码我大概明白了：
1. 可能我想说的不是“积分格点”而是“积分变量”，对于解析积分来说积分变量应该是（和原子中心基函数形式一致的）以原子核为中心的径向距离。
2. 负电荷中心坐标与正电荷中心坐标的矢量差（长度量纲）的确可以换算成偶极矩，需要乘以电荷数（总电子数或总核电荷数）再把Angstrom换算成Bohr。比如拿multiwfn附带的examples/CH3CONH2.fch算得的结果：

1. Calculating electric dipole, quadruple, octopole and Hexadecapole moment integral matrix...
   
2. 
   
3. X, Y, Z of center of positive charges (nuclear charges) in Angstrom
   
4.     0.000000   -0.000000   -0.000000
   
5. X, Y, Z of center of negative charges (electronic charges) in Angstrom
   
6.    -0.000714    0.023573   -0.002892
   
7. 
   
8. Dipole moment from nuclear charges (a.u.):    0.000000  -0.000000  -0.000000
   
9. Dipole moment from electrons (a.u.):          0.043151  -1.425485   0.174879
   
10. 
    
11. Dipole moment (a.u.):       0.043151     -1.425485      0.174879
    
12. Dipole moment (Debye):      0.109678     -3.623221      0.444499
    
13. Magnitude of dipole moment:      1.436820 a.u.      3.652032 Debye

复制代码

CH3CONH2有32个电子，1 Bohr = 0.52917721 Angstrom，所以电子对偶极矩的贡献就是
(-0.000714, 0.023573, -0.002892) * (-1) * 32 / 0.52917721 = (0.0432, -1.4255, 0.17488)
与(0.043151, -1.425485, 0.174879)一致。

根据https://en.wikipedia.org/wiki/Debye，1 Debye的偶极矩对应于10^(-21)/(299792458) C·m，因而a.u.换算成Debye的系数是1 a.u. = 2.5417462 Debye.