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[CP2K] CP2K可否计算有机分子的开壳层单重态?

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大家好,众所周知Gaussian可以找到有机分子的开壳层单重态(即反铁磁双自由基),有一个分子根据Gaussian计算其具有开壳层单重态基态,我想用CP2K再算一遍,因为有后处理软件需要用到CP2K的输出轨道,请问CP2K可以算出与Gaussian一样的开壳层单重态轨道吗?谢谢~

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发表于 Post on 2025-5-2 12:25:38 | 只看该作者 Only view this author
可以
开UKS并且恰当设置MAGNETIZATION或&BS设置初猜波函数的自旋磁矩即可
但凡一个程序能算反铁磁性体系,必定能算单重态双自由基
北京科音自然科学研究中心http://www.keinsci.com)致力于计算化学的发展和传播,长期开办极高质量的各种计算化学类培训:初级量子化学培训班中级量子化学培训班高级量子化学培训班量子化学波函数分析与Multiwfn程序培训班分子动力学与GROMACS培训班CP2K第一性原理计算培训班,内容介绍以及往届资料购买请点击相应链接查看。这些培训是计算化学从零快速入门以及进一步全面系统性提升研究水平的高速路!培训各种常见问题见《北京科音办的培训班FAQ》
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 楼主 Author| 发表于 Post on 2025-5-2 13:15:15 | 只看该作者 Only view this author
sobereva 发表于 2025-5-2 12:25
可以
开UKS并且恰当设置MAGNETIZATION或&BS设置初猜波函数的自旋磁矩即可
但凡一个程序能算反铁磁性体系 ...

你好sob老师,我计算的体系是π共轭有机分子,Gaussian算完开壳层单重态后输出自旋布局,发现反铁磁的自旋分布比较离域,分布在分子的两半部分,请问我需要根据Gaussian计算结果一个一个去设置CP2K的磁矩初猜吗?

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发表于 Post on 2025-5-2 13:35:16 | 只看该作者 Only view this author
lycheeho 发表于 2025-5-2 13:15
你好sob老师,我计算的体系是π共轭有机分子,Gaussian算完开壳层单重态后输出自旋布局,发现反铁磁的自 ...

没必要一个个麻烦地设
只要打破初猜对称性就够了,比如一侧所有原子MAGNETIZATION都设1,另一侧都设-1。之后检验CP2K给出的自旋密度

参考北京科音CP2K第一性原理计算培训班(http://www.keinsci.com/KFP)这个例子





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 楼主 Author| 发表于 Post on 2025-5-2 13:56:27 | 只看该作者 Only view this author
本帖最后由 lycheeho 于 2025-5-2 14:06 编辑
sobereva 发表于 2025-5-2 13:35
没必要一个个麻烦地设
只要打破初猜对称性就够了,比如一侧所有原子MAGNETIZATION都设1,另一侧都设-1。 ...

十分感谢!还想请教下如何判断计算正确输出了开壳层单重态?通过观察输出的spin density还有其他方法吗?

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发表于 Post on 2025-5-2 14:10:31 | 只看该作者 Only view this author
本帖最后由 zjxitcc 于 2025-5-2 14:13 编辑
lycheeho 发表于 2025-5-2 13:56
十分感谢!还想请教下如何判断计算正确输出了开壳层单重态?通过观察输出的spin density吗?

首先查看CP2K输出文件<S^2>值。这是因为单重态<S^2>理想值为0,而使用UHF/UKS方法计算开壳层单重态,如果真的收敛到了开壳层单重态的解,<S^2>会大于0。UHF/UKS方法牺牲<S^2>自旋纯态的特性 换取更准确的电子能量。如果等于0,说明你仍然收敛到了闭壳层单重态,此时去看自旋布居一点用处没有。

如果<S^2>大于零,你已经确认是开壳层单重态。这时查看每个原子的自旋布居只是锦上添花,看看未成对电子集中在哪几个原子上。注意,spin density是三维空间分布,每个位置都有一个值;spin population是将前述三维空间分布 想办法布居到每个原子上,因此维度大小为Natom。不要学一些不严谨的文章 写着spin density却展示spin population。
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 楼主 Author| 发表于 Post on 2025-5-2 14:36:26 | 只看该作者 Only view this author
zjxitcc 发表于 2025-5-2 14:10
首先查看CP2K输出文件值。这是因为单重态理想值为0,而使用UHF/UKS方法计算开壳层单重态,如果真的收敛到 ...

你好,请问您指的<S^2>是这个吗?

Snipaste_2025-05-02_14-34-27.jpg (102.44 KB, 下载次数 Times of downloads: 4)

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发表于 Post on 2025-5-2 14:45:34 | 只看该作者 Only view this author
lycheeho 发表于 2025-5-2 14:36
你好,请问您指的是这个吗?

是这里,但你似乎开了smearing,导致CP2K暂时无法支持分数占据轨道的<S^2>计算。有机分子的开壳层单重态无需smearing,应当关掉它。
自动做多参考态计算的程序MOKIT

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2025-5-2 15:39:41 | 只看该作者 Only view this author
zjxitcc 发表于 2025-5-2 14:45
是这里,但你似乎开了smearing,导致CP2K暂时无法支持分数占据轨道的计算。有机分子的开壳层单重态无需sm ...

我关闭smear后的输出如图所示,观察输出的RHO-SPIN_DENSITY-1_0.cube发现体系是开壳层单重态且与gaussian计算结果完全一致;但仔细查看cp2k输出molden文件的分子轨道,发现alpha和beta轨道都是一样的,还是闭壳层结构。我在CP2K中用的是PBE和DZVP-MOLOPT-SR-GTH,在gaussian中用的b3lyp和6-311g**,请问我想用CP2K输出与gaussian完全一样的分子轨道排布,在磁矩初猜的基础上,是不是将基组泛函保持一致就可以了?

Snipaste_2025-05-02_15-24-54.jpg (142.16 KB, 下载次数 Times of downloads: 4)

CP2K输出文件

CP2K输出文件

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发表于 Post on 2025-5-2 21:18:42 | 只看该作者 Only view this author
lycheeho 发表于 2025-5-2 13:56
十分感谢!还想请教下如何判断计算正确输出了开壳层单重态?通过观察输出的spin density还有其他方法吗?

直接看自旋密度等值面图最为直观,干嘛舍近求远
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发表于 Post on 2025-5-2 21:20:11 | 只看该作者 Only view this author
lycheeho 发表于 2025-5-2 15:39
我关闭smear后的输出如图所示,观察输出的RHO-SPIN_DENSITY-1_0.cube发现体系是开壳层单重态且与gaussian ...

倘若alpha和beta轨道一一精确对应,自旋密度必然处处为0,你看的方式或者理解得肯定有问题
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sobereva 发表于 2025-5-2 21:20
倘若alpha和beta轨道一一精确对应,自旋密度必然处处为0,你看的方式或者理解得肯定有问题

感谢sob老师的回复!想请教您一个问题,下面这是一个开壳层单重态分子体系,您看它的98号的alpha和beta轨道形状一样,但相位相反,请问这表明这两个电子是配对的吗?相位正反对电子配对上该如何理解呢?谢谢!

Snipaste_2025-05-03_19-48-51.jpg (162.81 KB, 下载次数 Times of downloads: 4)

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发表于 Post on 2025-5-3 21:18:41 | 只看该作者 Only view this author
lycheeho 发表于 2025-5-3 19:49
感谢sob老师的回复!想请教您一个问题,下面这是一个开壳层单重态分子体系,您看它的98号的alpha和beta轨 ...

诸如alpha的101和beta的101明显分布区域不同、没有配对
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发表于 Post on 2025-5-4 10:21:53 | 只看该作者 Only view this author
我之前用过BS来设置对称破缺,看一下 https://www.cp2k.org/_media/even ... al:ling_hybrids.pdf 的第34、35、36页就能学会了。

更复杂的就是通过MAGNETIZATION或WFN_MIX来设置对称破缺,要用的话,建议查看手册,多去CP2K的Google Group上搜索。

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 楼主 Author| 发表于 Post on 2025-5-4 10:59:55 | 只看该作者 Only view this author
Daniel_Arndt 发表于 2025-5-4 10:21
我之前用过BS来设置对称破缺,看一下 https://www.cp2k.org/_media/events:2015_cecam_tutorial:ling_hybri ...

谢谢!

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