自旋多重度的定义及常用软件设置方法
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GAUSSION计算常见错误及解决方案1. 自旋多重度错误2. 变量赋值为整数3. 变量没有赋值4. 键角小于等于0度,大于等于180度5. 分子描述后面没有空行6. 二面角判断错误,造成两个原子距离过近7. 分子描述一行内两次参考同一原子,或参考原子共线运行出错1. 自洽场不收敛 SCFa. 修改坐标,使之合理b. 改变初始猜 Guessc. 增加叠代次数SCFCYC=Nd. iop(5/13=1)2. 分子对称性改变a. 修改坐标,强制高对称性或放松对称性b. 给出精确的、对称性确定的角度和二面角c. 放松对称性判据 Symm=loosed. 不做对称性检查iop(2/16=1)3. 无法写大的Scratch文件RWFa. 劈裂RWF文件%rwf=loc1,size1,loc2,size2,……..,locN,-1b. 改变计算方法MP2=Direct可以少占硬盘空间c. 限制最大硬盘maxdisk=N GB4. FOPT出错原因是变量数与分子自由度数不相等。
可用POPT 或直接用OPT5. 优化过渡态只能做一个STEP 原因是负本征数目不对添加iop(1/11)=16. 组态相互作用计算中相关能叠代次数不够,增加叠代次数QCISD(Maxcyc=N)Default.Rou设置•在Scratch文件夹中的Default.Rou文件中设置G03程序运行的省缺参数:• -M- 200MW•-P- 4•-#- MaxDisk=10GB•-#- SCF=Conventional or Direct•-#- MP2=NoDirect or Direct•-#- OPTCYC=200•-#- SCFCYC=200•-#- IOPs 设置如iop(2/16=1)Default.Rou设置中的冲突•Default route: MaxDisk=2GB SCF=Direct MP2=Direct OPTCYC=200 SCFcyc=100 iop(2/16=1) iop(5/13=1)• ------------------• # ccsd/6-31G** opt• ------------------• L903/L905 and L906 can only do MP2.问题在于,MP2=Direct!去掉这个设置,CCSD的作业就能进行了。
Gaussian程序常用计算方法Gaussian提供的常用计算方法:杨磊 131******** (1)半经验方法:关键词:AM1, PM3, CNDO, INDO, MINDO它们主要用于大的有机分子体系(由上百个原子组成),一般对于含金属体系不适用。
这些方法只有在特殊场合适用。
(2) 从头算(ab initio)方法:HF方法:即基于Hartree-Fock原理的方法关键词:HF,RHF,UHF,ROHF说明:(i)当关键词为HF时,会自动根据自旋多重度选择RHF还是UHF;(ii)ROHF为限制性开壳层HF方法,与UHF区别在此时除了成单电子外,其余的α和β电子仍配对,通常该方法得到的能量要较UHF略高。
(iii)HF方法可以看作是最低级的从头算方法,该方法除了在构型优化时有使用外,不计算能量。
(3)密度泛函方法(DFT):基于电荷密度自洽的方法关键词:B3LYP等根据所采用的相关和交换泛函,可以选择不同的DFT方法,具体参见gaussian的帮助文件。
其中B3LYP方法是使用最为广泛的DFT方法,由于DFT方法考虑了电子之间的相关作用,因此得到的能量要较HF来得精确,它是目前最常用的量子化学计算方法。
交换泛函: Slater(S)、X (XA)、Becke88(B)、Perdew-Wang 91(PW91)、PBE(PBE)等相关泛函: VWN、LYP、PW91、P86、PBE等组合形式如:BP86、SVWN、PW91PW91、PBEPBE等(4)MPn方法:关键词:MP2,MP3, MP4, MP5说明:(i) 这些方法在HF基础上,进一步根据MP微扰理论考虑电子相关作用,微扰项截至到二阶则为MP2,截至到三阶则为MP3,其它类推,理论上考虑的微扰项越多,得到的能量越精确,但将大大增加计算量,而且通常也无此必要,多数场合选取MP2即可。
(ii) 对于该类方法,硬盘和内存通常开销较大,应考虑具体的硬件考虑之,其中对于硬盘空间的设置见文件Default.Rou内容,另外,必须注意到由于受到操作系统的限制,中间文件不能超过2GB(32位系统),此时需设置多个中间文件,具体见gaussian说明。
HyperChem基本操作画原子1. 打开Element Table对话框。
这里有两种方法:在Build菜单中选择Default Element,或者双击Drawing工具。
Default Element对话框允许从周期表中选择缺省元素。
2. 如果单击Properties...按钮,将显示当前选择元素的物理属性。
也可以按下Shift键同时单击元素按钮,结果是一样的。
单击OK键,物理属性框消失。
3. 如果Allow Ions或者Explicit Hydrogens打开(用对勾选择),左键单击这些选项使其关闭。
4. 在缺省元素列表中选择Carbon,接着关闭元素对话框。
缺省元素将设置为碳。
当然也可以把打开的Default Element对话框移走,这样可以看到HyperChem工作区。
当画原子非常多的分子时,这是非常有效的。
5. 左键单击Drawing工具,把指针移到工作区。
6. 左键单击工作区左下角,将出现一个小圈,代表未成键的碳原子。
7. 在工作区不同位置画更多的原子。
画价键1. 把指针移到刚才画的第一个碳上。
2. 按下鼠标左键。
这是价键在第一个原子的位置。
3. 保持鼠标按钮按下的同时拖向工作区的顶端。
4. 放开鼠标按钮。
这是价键在第二个原子的位置。
一条线代表两个碳原子之间的价键。
5. 用仍旧停留在价键末端的指针, 用左键拖向工作区右下角。
6. 放开鼠标按钮。
这是第三个原子的位置。
7. 在空白工作区画六个价键,形成一个环。
现在你清楚了如何画原子和分子,并且学会了一些基本技巧。
选择原子在这个练习中,通过选择原子,你可以学到基本的选择技巧。
首先必须设置选择的级别[原子(atoms),基(residues),或分子(molecules)]。
这里设置为原子(atoms)。
1. 左键单击Select菜单。
2. 左键单击选择Atoms。
接下来,关闭Multiple Selections:1. 左键单击Select菜单。
MS软件常见问题及解决办法1、问:用MS构造晶体时要先确立空间群,可是那些空间群的代码是啥意思啊,看不懂,我想做的是聚乙烯醇的晶体,嘿嘿,也不知道去哪可以查到它的空间群答:A、要做晶体,首先要查询晶体数据,然后利用晶体数据再建立模型。
晶体数据来源主要是文献,或者一些数据库,比如CCDC。
你都不知道这个晶体是怎么样的,怎么指定空间群呢?要反过来做事情哦:)B、我不知道你指示的代码是数字代码还是字母代码,数字代码它对应了字母的代码,而字母的代码它含盖了一些群论的知识(晶系,对称操作等),如果要具体了解你的物质或者材料属于那一个群,你可以查阅一下相关的手册,当然你要了解一些基本的群论知识.MS自带了一些材料的晶体结构,你可以查询一下.2、问:各位高手,我用ms中的castep进行运算。
无论cpu是几个核心,它只有一个核心在工作。
这个怎么解决呢?答:请先确认以下几个问题:1,在什么系统下装,是否装了并行版本。
2,计算时设置参数的地方是否选择了并行。
3,程序运算时,并不是时时刻刻都要用到多个CPU3、问:我已经成功地安装了MS3.1的Linux版本,串行的DMol3可以成功运行。
但是运行并行的时候出错。
机器是双Xeon5320(四核)服务器,rsh和rlogin均开启,RHEL4.6系统。
其中hosts.equiv的内容如下:localhostibm-consolemachines.LINUX的内容如下:localhost:8现在运行RunDMol3.sh时,脚本停在$MS_INSTALL_ROOT/MPICH/bin/mpirun $nolocal -np $nproc $MS_INSTALL_ROOT/DMol3/bin/dmol3_mpi.exe $rootname$DMOL3_DATA这一处,没法执行这一命令并行运算时,出现以下PIxxxx(x为数字)输出ibm-console 0 /home/www/MSI/MS3.1/DMol3/bin/dmol3_mpi.exelocalhost 3 /home/www/MSI/MS3.1/DMol3/bin/dmol3_mpi.exe请问这是什么原因?谢谢!答:主要是rsh中到ibm-console的没有设置把/etc/hosts改为127.0.0.1 localhost.localdomain localhost ibm-console在后面加个ibm-console也希望对大家有帮助!4、问:在最后结果的dos图中,会显示不同电子spd的贡献,我想问的是,假设MS考虑的原子Mg的电子组态为2p6 3s2,那么最后的dos结果中的s,p是不是就是2p,跟3s的贡献.比如更高能量的3p是否可能出现在dos中?如果可能的话,在这种情况下,如何区分2p和3p的贡献,谢谢.答:A、取决于你的餍势势里面没有3p电子,DOS怎么会有呢?自然,你的1p1s也不会出现在你的DOS中。
兄弟,问3个问题1,vasp在计算磁性的时候,oszicar中得到的磁矩和outcar中得到各原子磁矩之和不一致,在投稿的是否曾碰到有审稿人质疑,对于这个不一致你们一般是怎么解释的了?2,另外,磁性计算应该比较负责。
你应该还使用别的程序计算过磁性,与vasp结果比较是否一致,对磁性计算采用的程序有什么推荐。
ps:由于曾使用vasp和dmol算过非周期体系磁性,结构对磁性影响非常大,因此使用这两个程序计算的磁性要一致很麻烦。
还不敢确定到底是哪个程序可能不可靠。
3,如果采用vasp计算磁性,对采用的方法和设置有什么推荐。
1,OSZICAR中得到的磁矩是OUTCAR中最后一步得到的总磁矩是相等的。
总磁矩和各原子的磁矩(RMT球的磁矩)之和之差就是间隙区的磁矩。
因为有间隙区存在,不一致是正常的。
2,如果算磁性,全电子的结果更精确,我的一些计算结果显示磁性原子对在最近邻的位置时,PAW与FPLAW给出的能量差不一致,在长程时符合的很好。
虽然并没有改变定性结论。
感觉PAW似乎不能很好地描述较强耦合。
我试图在找出原因,主要使用exciting 和vasp做比较。
计算磁性推荐使用FP-LAPW, FP-LMTO, FPLO很吸引人(不过是商业的),后者是O(N)算法。
3,使用vasp计算磁性,注意不同的初始磁矩是否收敛为同一个磁矩。
倒没有特别要注意的地方,个人认为。
归根结底,需要一个优秀的交换关联形式出现VASP计算是否也是像计算DOS和能带一样要进行三步(结构优化,静态自洽计算,非自洽计算),然后看最后一步的出的磁矩呢?一直想计算固体中某个原子的磁矩,根据OUTCAR的结果似乎不能分析,因为它里面总磁矩跟OSZICAR的值有一定的差别,据说是OUTCAR中只考虑WS半径磁矩造成的。
最近看到一个帖子说是可以用bader电荷分析方法分析原子磁矩。
如法炮制之后发现给出的总磁矩与OSZICAR的结果符合的甚好,可是觉得没有根据,有谁知道这样做的依据吗,欢迎讨论!设置ISPIN=2计算得到的态密度成为自旋态密度。
dmol中设置磁构型有如下几种方法:1)可以更改自旋多重度,根据体系的未配对电子数来更改多重度,S=n+1,比如说体系的未配对电子数是2个,那么自旋多重度只能取1,3,5,7......,算完后,比较能量2)在modify里更改高低自旋的搭配来实现不同磁构型,不过只能是共线型的,dmol不能考虑非共线磁结构。
Enck: make p1后设置指定的反铁磁排布,然后再寻找回对称性,但在寻找对称性之前要在options里把formalspin 勾上。
接着把Use formal spin as initial前打√,然后再算Stou: 在优化自旋的时候,初值一定要取的合适,不然得到的自旋结果很可能是不正确的。
原子少的体系可能还不要紧,但是多原子体系的话很容易出现这样的问题Enck: 在bulid-symmetry-find symmetry里,就会看到options。
这时候,Use formal spin as initial前打√是必须的,作用是启用前面的那些预设自旋encke,非常感谢你的帮助,另外额外想问你一个问题,对于自旋的设置,我一直都搞不太明白。
比如对于我研究的氧化铁体系,我在structure中导入结构,make P1 后,在modify/electronic configuration中设置了每一层原子不同的自旋方向,我的问题是:当我打开electronic configuration对话框,里面不是有个formal charge吗?那个值显示的是3,是不是就是氧化铁中的铁的化合价?然后如果点automatic,就自动变成2了,相应的low spin 和high spin也相应的发生变化,2代表什么?究竟应不应该在automatic前打上√呢?对于spin state中改选high还是low我也搞不清楚,我通常都是分别计算这两种情况下的能量看哪个能量低就选哪个,我不知道这样做可行不可行?期待你的答复,万分感激!Enck: 如果不是要求非常非常高,也就是正常情况下,计算软件本身就会对元素的基本性质进行判断,你选择自动加载电荷即可。
而对于自旋,你的做法是对的,理论上就应该做不同的设置找出最小值。
自旋中的high和low只不过是磁性元素在不同的体系中的磁矩大小,其实high和low本身没什么严格界限。
设置时,你可以手动设定磁性原子的最大可能的自旋(其实high就对应着最大自旋),即孤立原子时的自旋,比如Fe,价电子为3d6 4s2,其最大自旋为10-6=4uB(如果不知道为什么的话再问)。
而实际上,在化合物中,磁性原子自旋往往低于该值,在磁性材料中Fe一般为2.2uB,所以也可以设置接近实验值的数值,也就是3uB。
当然,不管设置什么(1-4),你可能会发现,他们都收敛于相同的基态,其能量变化不会太大,并且最终的磁矩也不会有太大差异。
那么,既然都能收敛到相同的基态,设定初始为0是否也可以呢,貌似设定为0时的情况不太一样,不会收敛到相同的基态。
这个时候,谁能量最低就取谁。
其实,对于一个未知体系,要获得确定的基态,还应该设定(不同的)铁磁、反铁磁等状态来计算,而这几种状态是一定要比较的,即在铁磁、反铁磁、亚铁磁以及顺磁态下比较能量高低。
当然了,如果结合实验,你可以很容易通过实验判断或者排除某些磁性状态。
至于电荷的设定,也可以采取类似的方法处理,看起来很繁杂,事实上往往可以确定某些参数使问题变得简单。
本质上,电荷在一个原子周围的大小分布,都没有一个绝对的值,说电荷密度,说轨道杂化,说处于成键态,都是一回事,因此也就没有了绝对意义上的离子键、共价键或金属键,都是相对成分大小。
记得有个重点讨论贴专门讨论铁磁的设置吧,可以翻出来看看有spin不为0的磁性原子,且这些原子spin方向相同,这个是铁磁。
有spin不为0的磁性原子,且这些原如果总的spin近似是0,这个是反铁磁。
如果总的spin不为0,那么就是亚铁磁。
【分享】自旋多重度的定义及常用软件设置方法作者: zzgyb (站内联系TA) 发布: 2008-01-01定义: 自旋多重度(spin multiplicity)=2S+1, S=n*1/2,n为单电子数。
所以,关键是单电子的数目是多少。
当有偶数个电子时,例如O2,共有16个电子,那么单电子数目可能是0,即8个alpha和8个beta 电子配对,对应单重态,但是也可能是有9个α电子和7个β电子,那么能成对的是7对,还剩2个α没有配对,于是n=2,对应的是多重度3。
同理还可以有多重度5,7,9,...一般而言,是多重度低的能量低,最稳定,所以,一般来说,偶数电子的体系多重度就是1。
但是也有例外,如果O2就是一个大家都知道的例子,它的基态是三重态,其单重态反而是激发态。
所以,总结一下,就是电子数目是偶数,未成对电子数目n=0,2,4,6,...自旋多重度是1,3,5,7,...电子数目是奇数,未成对电子数目n=1,3,5,7,...自旋多重度是2,4,6,8,...多数情况是多重度低的能量低,有时(特别是有“磁”性的时候,例如顺磁的O2,以及Fe啊什么的),可能会高多重度的能量低。
Gaussian中自选多重度设置在用gaussian时,如果分子的基态不是单重态,可以通过在title section里指定spin来计算其他组态如三重态的能量。
比如以下的计算指定氧原子为单重态--------------------------# hf/6-31G(d)Oxygen atom0 1O 0.0000 0.0000 0.0000--------------------------而以下的输入则指定氧原子为三重态--------------------------# hf/6-31G(d)Oxygen atom0 3O 0.0000 0.0000 0.0000--------------------------V ASP中自选多重度设置在V ASP中,控制自旋的参数是INCAR中的ISPIN, ISPIN=1表示进行非自旋极化的计算,而ISPIN=2表示进行自旋极化的计算。
为了进一步得到我们所需要的组态,可以通过NUPDOWN指定自旋向上和自旋向下的电子数差,此方法与直接指定自旋多重度是一样的。
V ASP里,C的参考态是S2P2,即C的基态,ISPIN=2应该是这个态。
值得注意的是,在进行固定自旋多重态的计算中,如果初始的电荷密度的自旋极矩和INCAR中设置的NUPDOWN不同的话,收敛会很慢。
如果是从读入的初始波函数开始计算,则没有类似问题。
以下是vasp手册上的原话:There is a word of caution required: If NUPDOWN is set in the INCAR file the initial moment for the charge density should be the same. Otherwise convergence can slow down. When starting from atomic charge density (ICHARG=2), V ASP will try to do this automatically by setting MAGMOM to NUPDOWN/NIONS. The user can of course overwrite this default by specifying a different MAGMOM (which should still result in the correct total moment). If one starts from the wavefunctions, the initial moment will be always correct, because V ASP will ``push'' the required number of electrons from the down to the up component. If starting from a chargedensity supplied in the CHGCAR file (ICHARG=1), the initial moment is usually incorrect!Hyperchem中自选多重度设置在Setup设置中进行设置Charge和Spin Multiplicity在Ab initio和Semi-empirical计算的对话框中出现。
Charge:指定额外的净剩电荷。
额外电荷定义当前的分子系统是一个电中性系统,正电系统(阳离子),还是一个负电系统(阴离子)。
Spin Multiplicity:自旋多重度。
闭壳分子的自旋多重度为1(单重态)。
一个自由基,有一个未成对电子,自旋多重度为2(双重态)。
有两个未成对电子的系统,自旋多重度一般为3(三重态)。
然而在某些情况下,例如两个自由基,两个未成对电子也可能产生单态。
State:描述系统中价电子状态。
包括指定分子处于第一激发单态(Next lowest)或者Lowest电子态。
Lowest给定自旋多重度的最低电子态。
它不一定是基态。
Next lowest给定自旋多重度(单重、双重、三重或四重态)的第一电子激发态。
在HyperChem 6.0中,semi-empirical方法通常需要给定多重度的最低能态(lowest)或者次最低能态(next lowest)的计算。
由于偶数个电子的分子没有未成对电子,是闭壳层单态,所以只有最低三重态是有效的,而次最低三重态是无效的。
例如,苯有偶数个电子,并且基态是闭壳层单重态。
我们可以计算基态(最低单重态),第一激发单重态(次最低单重态),或者第一激发三重态(最低三重态)。
也就是说,或者HOMO被两个电子占据,或者一个电子在HOMO,另一个电子在LUMO,产生了激发单重态或者三重态。
对双重态和四重态,只有给定多重度的最低态(lowest)可用。
UHF选项仅允许给定多重度的最低态(lowest)可用。
例如,可以用UHF选项研究苯的最低三重激发态,但是不能用来计算单重激发态。
这是因为HyperChem中的UHF选项不允许任意的轨道占据,也不允许CI 计算。
对于RHF选项,可以计算CI波函数。
这个计算由一系列计算得到的RHF轨道开始,或者从最低单态(或双重态),或者从half electron的单态和三态(或双态和四重态)轨道。
从这些初始态可以得到参考态,从这些参考态,产生一系列微观态。
通过这些微观态适当的线性组合,可以获得一系列更准确的态。