密度泛函理论

溶剂反应场:由分子电子结构所决定的溶剂环境。有两种处理方法,线性相应和外部迭代。 对于基态单点算,默认是线性相应方法(LR),但加入externalIteration(EI)后也能进行外部迭代方法。经过一个测试计算好,发现外部迭代对结果几乎没有改变,迭代一次就收敛。 对于基态OPT ,只能用线性相应办法。因为手册上说EI 仅支持能量计算。(未测试)

溶剂反应场分为两部分:形状(slow)和电荷分布(fast)。其中前者由分子结构和电子分布共同决定,随分子原子电子结构变化的调整慢,后者主要由分子的电子分布决定,随分子原子电子结构变化的调整快。(个人推测)

对于单个态(基态或者激发态),slow 和fast 是都要考虑的,这才是完整的反应场。(个人推测)。也就是说,对基态,这两部分是都要考虑的,即所谓的平衡(Eq)溶剂化方案)。只有当G09的指明采用EI 方法时,EI 来描述溶剂化,默认是对fast 和slow 部分都做EI 处理,即平衡溶剂化。

但对于激发态,如手册上所说,还有非平衡(NEq)溶剂化方案。因为激发态(S)是通过对基态(SCF or G)的基础上得到的。G 有相应的反应场(slow 和fast 两部分),在计算S 时,G 反应场中的slow 部分是不变的,fast 部分要做调整。这就是激发态溶剂化的非平衡计算。需要指出,fast 部分总是要跟着调整的,可以认为总是平衡着的,所以非平衡溶剂化其实是只溶剂中的slow 部分。这和G09中scrf=read后的noneq=read or write中的noneq 对应。

对于TD 单点计算,G09中默认的就是这种NEq 方案,通过LR 方法实现。溶剂场中slow 部分用基态的,而fast 部分通过LR 实现。

平衡溶剂化,指的是溶质和溶剂之间相互平衡。

非平衡溶剂化,指的是,溶质突然变了,溶剂的形状不变,电荷跟着溶质变

溶剂怎么跟着溶质变,以及又怎么反过来影响溶质,有两种方法实现,LR 和EI 。前者简单,后者复杂但更合理

对于激发态,更合理的是,基于NEq 方案,用基态的slow 部分,对fast 部分采用EI 处理,手册中的例子就是做这个事情的。即所谓的特定态。

有没有办法在计算激发态时,基于Eq 方案,对fast 和slow 都做LR 处理呢? 【有,即下面的第二种,可能是G03的默认选项】

总起来说,考虑溶剂化的激发态计算有以下四种情况:

第一种: NEq + LR,对于激发态,图像是合理的,但是粗糙。激发态溶剂化的slow 部分是基态的slow 部分(基态的slow 部分是根据基态的波函数通过LR 得到的),激发态溶剂化的fast 部分是根据激发态的波函数通过LR 得到的。因为采用的都是LR 处理,没有迭代,所以简单粗糙。这是G09的TD 计算的默认选项。

Scrf=(solvent=water) 即对激发态默认

【对应手册中第二步】

第二种: Eq + LR, 对于激发态,图像欠合理。利用LR 做平衡溶剂化。这个方案的结算结果可能还可以。而且G03中默认的可能是这种办法,而且对phy5623这个体系的结果还不错。可能是巧合。激发态溶剂化的slow 部分和fast 部分都是根据激发态波函数通过LR 得到的。这可能是G03中TD 计算的默认选项,在G09中需要额外指定iop(9/73=2)。另外,激发态的构型优化,采用的也是这种办法。【即对应手册中第四步】(iopt9/73=2的意思是强制使用平衡溶剂化)

Scrf=(solvent=water) Iop(9/73=2)

【可能是G03中默认,即激发态的fast 和slow 都变化,通过LR 方式变化。】

第三种: Eq + EI 。对于垂直激发态,这种图像是不合理的。但单独考虑激发态时,比如计算激发态的能级,这种办法是最合理的。EI 默认是做平衡溶剂化。激发态溶剂场中slow 和fast 两部分都是根据激发态波函数通过EI 方法得到的。因为EI 中涉及的积分导数不易求,所以EI 目前可能还不支持构型优化,只支持单点算。【对应着手册中第六步】

Scrf=(solvent=water,externalIteration)

第四种: NEq + EI,对于激发态最为合理。激发态是基于激发态溶剂场(fast 部分)下的G 。即所谓的特定场办法。激发态溶剂场中slow 部分用的是基态溶剂反应场的slow 部分(基态溶剂反应场的slow 部分是通过LR 方法得到的,但对于基态溶剂场,LR 和EI 好像没有区别);激发态溶剂场中的fast 部分是根据激发态波函数,利用EI 方法得到的。如果要想进行这种方案的计算,需要在关键字中指明EI 。但是在命令行指明EI 后,默认将对对激发态溶剂场中的slow 部分也根据激发态波函数做EI 处理,这是我们不想要的。所以,需要先将基态溶剂场的slow 部分额外存到chk 文件中【手册中第三步的第一部分】,然后在做激发态计算时,将基态溶剂场的slow 部分读进去【手册中第三步的第二部分】

Scrf(solvent=water,read,externalIteration)

另外对第四种方案还有一种可能,即在命令行即指明用EI 做外部迭代,又通过 IOP(9/73=1)强制使用非平衡溶剂化,但是不提供额外的slow 溶剂场信息(即不加scrf=read: NonEq=read关键字)。测试表明,这种方案的结果和第三种结果是一样,说明对EI 强制指定非平衡溶剂化是没效果的,必须给出非平衡的slow 溶剂化信息 scrf=read: NonEq=read。

溶剂反应场:由分子电子结构所决定的溶剂环境。有两种处理方法,线性相应和外部迭代。 对于基态单点算,默认是线性相应方法(LR),但加入externalIteration(EI)后也能进行外部迭代方法。经过一个测试计算好,发现外部迭代对结果几乎没有改变,迭代一次就收敛。 对于基态OPT ,只能用线性相应办法。因为手册上说EI 仅支持能量计算。(未测试)

溶剂反应场分为两部分:形状(slow)和电荷分布(fast)。其中前者由分子结构和电子分布共同决定,随分子原子电子结构变化的调整慢,后者主要由分子的电子分布决定,随分子原子电子结构变化的调整快。(个人推测)

对于单个态(基态或者激发态),slow 和fast 是都要考虑的,这才是完整的反应场。(个人推测)。也就是说,对基态,这两部分是都要考虑的,即所谓的平衡(Eq)溶剂化方案)。只有当G09的指明采用EI 方法时,EI 来描述溶剂化,默认是对fast 和slow 部分都做EI 处理,即平衡溶剂化。

但对于激发态,如手册上所说,还有非平衡(NEq)溶剂化方案。因为激发态(S)是通过对基态(SCF or G)的基础上得到的。G 有相应的反应场(slow 和fast 两部分),在计算S 时,G 反应场中的slow 部分是不变的,fast 部分要做调整。这就是激发态溶剂化的非平衡计算。需要指出,fast 部分总是要跟着调整的,可以认为总是平衡着的,所以非平衡溶剂化其实是只溶剂中的slow 部分。这和G09中scrf=read后的noneq=read or write中的noneq 对应。

对于TD 单点计算,G09中默认的就是这种NEq 方案,通过LR 方法实现。溶剂场中slow 部分用基态的,而fast 部分通过LR 实现。

平衡溶剂化,指的是溶质和溶剂之间相互平衡。

非平衡溶剂化,指的是,溶质突然变了,溶剂的形状不变,电荷跟着溶质变

溶剂怎么跟着溶质变,以及又怎么反过来影响溶质,有两种方法实现,LR 和EI 。前者简单,后者复杂但更合理

对于激发态,更合理的是,基于NEq 方案,用基态的slow 部分,对fast 部分采用EI 处理,手册中的例子就是做这个事情的。即所谓的特定态。

有没有办法在计算激发态时,基于Eq 方案,对fast 和slow 都做LR 处理呢? 【有,即下面的第二种,可能是G03的默认选项】

总起来说,考虑溶剂化的激发态计算有以下四种情况:

第一种: NEq + LR,对于激发态,图像是合理的,但是粗糙。激发态溶剂化的slow 部分是基态的slow 部分(基态的slow 部分是根据基态的波函数通过LR 得到的),激发态溶剂化的fast 部分是根据激发态的波函数通过LR 得到的。因为采用的都是LR 处理,没有迭代,所以简单粗糙。这是G09的TD 计算的默认选项。

Scrf=(solvent=water) 即对激发态默认

【对应手册中第二步】

第二种: Eq + LR, 对于激发态,图像欠合理。利用LR 做平衡溶剂化。这个方案的结算结果可能还可以。而且G03中默认的可能是这种办法,而且对phy5623这个体系的结果还不错。可能是巧合。激发态溶剂化的slow 部分和fast 部分都是根据激发态波函数通过LR 得到的。这可能是G03中TD 计算的默认选项,在G09中需要额外指定iop(9/73=2)。另外,激发态的构型优化,采用的也是这种办法。【即对应手册中第四步】(iopt9/73=2的意思是强制使用平衡溶剂化)

Scrf=(solvent=water) Iop(9/73=2)

【可能是G03中默认,即激发态的fast 和slow 都变化,通过LR 方式变化。】

第三种: Eq + EI 。对于垂直激发态,这种图像是不合理的。但单独考虑激发态时,比如计算激发态的能级,这种办法是最合理的。EI 默认是做平衡溶剂化。激发态溶剂场中slow 和fast 两部分都是根据激发态波函数通过EI 方法得到的。因为EI 中涉及的积分导数不易求,所以EI 目前可能还不支持构型优化,只支持单点算。【对应着手册中第六步】

Scrf=(solvent=water,externalIteration)

第四种: NEq + EI,对于激发态最为合理。激发态是基于激发态溶剂场(fast 部分)下的G 。即所谓的特定场办法。激发态溶剂场中slow 部分用的是基态溶剂反应场的slow 部分(基态溶剂反应场的slow 部分是通过LR 方法得到的,但对于基态溶剂场,LR 和EI 好像没有区别);激发态溶剂场中的fast 部分是根据激发态波函数,利用EI 方法得到的。如果要想进行这种方案的计算,需要在关键字中指明EI 。但是在命令行指明EI 后,默认将对对激发态溶剂场中的slow 部分也根据激发态波函数做EI 处理,这是我们不想要的。所以,需要先将基态溶剂场的slow 部分额外存到chk 文件中【手册中第三步的第一部分】,然后在做激发态计算时,将基态溶剂场的slow 部分读进去【手册中第三步的第二部分】

Scrf(solvent=water,read,externalIteration)

另外对第四种方案还有一种可能,即在命令行即指明用EI 做外部迭代,又通过 IOP(9/73=1)强制使用非平衡溶剂化,但是不提供额外的slow 溶剂场信息(即不加scrf=read: NonEq=read关键字)。测试表明,这种方案的结果和第三种结果是一样,说明对EI 强制指定非平衡溶剂化是没效果的,必须给出非平衡的slow 溶剂化信息 scrf=read: NonEq=read。


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