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[ORCA] ORCA5.0.3利用G16解析Hessian进行ESD计算

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发表于 Post on 2022-12-27 18:07:53 | 显示全部楼层 Show all |阅读模式 Reading model
本帖最后由 zhaixiaoyi001 于 2022-12-28 11:16 编辑

1. 前言
          通过使用ORCA可以方便快捷的进行激发态性质计算,ORCA的RI加速功能可以有效的缩短计算时间。目前ORCA5.0.3已经支持了部分泛函TDDFT的解析梯度计算,这使得使用ORCA高效优化激发态结构成为可能。然而,通过ESD模块进行激发态动力学计算大多需要用到激发态Hessian,目前ORCA 5.0.3仍然不支持激发态解析Hessian,本文尝试使用能够计算激发态解析Hessian的Gaussian16生成相应计算水平下的Hessian,让ORCA5.0.3读取该Hessian完成ESD模块计算。
2. 测试步骤
          首先使用ORCA5.0.3优化苯分子S0和S1态结构并进行频率计算,得到优化后的结构输出文件ben-s0-opt.out 和 ben-s1-opt.out,优化后基态和激发态Hessian文件 ben-s0-opt.hess和 ben-s1-opt.hess。将 ben-s1-opt.out 优化好的S1态结构存为gjf文件 ben-s1-freq.gjf,使用Gaussian16进行S1态频率计算 通过自己编写的python脚本实现Gaussian16 Fchk文件中Hessian 向 ORCA5.0.3 .hess文件的转换 得到 ben-s1-freq.hess。使用ORCA直接得到的 ben-s1-opt.hess 和 G16转换得到的 ben-s1-freq.hess 同时进行了ESD荧光发射速率的计算,二者做对比,观察结果是否可靠。
注意:在结构优化过程中使用了RI加速,关键词见附件。在ESD计算过程完全参考ORCA5.0.3手册。G16直接使用freq TD=(nstates=5,root=1)关键词计算ORCA5.0.3优化的S1结构的Hessian,使用了nosymm关键词。为了保证计算级别的一致性,ORCA5.0.3计算使用 B3LYP/G 泛函,G16计算使用B3LYP泛函,都使用了def2-SVP基组,未加色散矫正。
3. 测试结果
          如图所示,使用G16解析Hessian转化得到的S1态.hess进行ESD计算,与使用ORCA5.0.3生成的S1 .hess文件计算得到的结果几乎一致,证明该方法较为可靠,通过G16的激发态解析Hessian可能可以有效减少ORCA ESD模块的计算成本。
4. 脚本使用方法
         Python 环境 Python 3.7.6
         需要安装 numpy库
         将fchk文件和G16频率计算的gjf文件放入脚本目录,运行脚本,输入fchk文件名和gjf文件名,得到初步完成格式转化的.hess文件。将.hess文件复制到安装有ORCA环境的机器上,使用orca_vib xxx.hess 补全 Hessian文件内容,随后可以将该 Hessian 文件用于 ESD计算。
5. 注意事项
         本脚本只进行了少数测试,可能有bug,并且Hessian文件中的 $atom 项需要内置标准原子质量,本脚本中没有内置太多元素,如果将该脚本用于科研,可能还需要进一步修改。本文涉及的输入输出打包放在了附件中。


使用G16 S1 Hessian

使用G16 S1 Hessian

使用ORCA S1 Hessian

使用ORCA S1 Hessian

INPUT.zip

76.25 KB, 下载次数 Times of downloads: 18

输入文件

OUTPUT.zip

520.7 KB, 下载次数 Times of downloads: 9

输出文件

H_gTo.py

4.86 KB, 下载次数 Times of downloads: 22

python脚本

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2023-1-10 09:00:19 | 显示全部楼层 Show all
最近测试了80原子体系,双路Xeon Platinum 8175M, PBE0-D3/def2-SVP计算水平。 ORCA计算S1 hessian用时约26 h,G16A 用时约1 h 30min,二者ESD模块计算结果基本一致。

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发表于 Post on 2022-12-27 19:53:11 | 显示全部楼层 Show all
都在薅高斯的羊毛啊 话说高斯的羊毛薅起来真爽

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发表于 Post on 2022-12-28 09:26:33 | 显示全部楼层 Show all
这里我有个小小的疑问,G16直接使用freq关键词计算的S1结构的Hessian,和td + freq的Hessian是一样的吗?

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发表于 Post on 2022-12-28 10:25:09 | 显示全部楼层 Show all
Novice 发表于 2022-12-28 09:26
这里我有个小小的疑问,G16直接使用freq关键词计算的S1结构的Hessian,和td + freq的Hessian是一样的吗?

前者是基于S1结构算该结构下基态的freq,后者是算激发态结构下激发态对应的freq
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发表于 Post on 2022-12-28 11:05:28 | 显示全部楼层 Show all
冰释之川 发表于 2022-12-28 10:25
前者是基于S1结构算该结构下基态的freq,后者是算激发态结构下激发态对应的freq

嗯嗯,谢谢。所以我觉得楼主此处的步骤中应该采用的是td + freq。

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2022-12-28 11:14:49 | 显示全部楼层 Show all
Novice 发表于 2022-12-28 09:26
这里我有个小小的疑问,G16直接使用freq关键词计算的S1结构的Hessian,和td + freq的Hessian是一样的吗?

这里用的freq关键词也用了TD关键词,写的有点歧义,我做下修改

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计算化学路人甲

发表于 Post on 2022-12-28 11:38:13 | 显示全部楼层 Show all
看了下,对于苯这么小的体系,ORCA的S1频率计算耗时17.343min,Gaussian不到5min,的确太有用了。不过话说等ORCA支持激发态解析频率了,那时候应该就不用这么麻烦了

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发表于 Post on 2023-1-19 22:54:10 | 显示全部楼层 Show all
请问群里有人测试过Turbomole吗?

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发表于 Post on 5 day ago | 显示全部楼层 Show all
Orca做结构优化最好使用TightOPT+verytightSCF罢,要不然精度可能不够

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发表于 Post on 5 day ago | 显示全部楼层 Show all
Kalius 发表于 2023-1-28 21:36
Orca做结构优化最好使用TightOPT+verytightSCF罢,要不然精度可能不够

至少ORCA5的opt默认优化收敛限比Gaussian16严格,只是ORCA喜欢接近收敛限就停,用DefGrid3基本不会有小虚频的问题,没必要进一步提高收敛限

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发表于 Post on 5 day ago | 显示全部楼层 Show all
Kalius 发表于 2023-1-28 14:36
Orca做结构优化最好使用TightOPT+verytightSCF罢,要不然精度可能不够

默认收敛限和TightOPT+verytightSCF的差别基本上远小于格点误差了,所以影响精度不至于,如果遇到小虚频再把收敛限设严消虚频就行了
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 4 day ago | 显示全部楼层 Show all
wzkchem5 发表于 2023-1-28 23:30
默认收敛限和TightOPT+verytightSCF的差别基本上远小于格点误差了,所以影响精度不至于,如果遇到小虚频 ...

多谢,谨受教

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