活性空间的选取是多参考计算(包括MOLCAS用户最常用的CASPT2)最为关键的步骤,因为合适的参考态直接关系到后续CASPT2计算的准确性。 此过程需要对待计算的体系、该体系待计算性质的深入了解。 首先推荐一下 V. Veryazov, P.-Å. Malmqvist, B. O. Roos在2011、12年发表的 {How to select active space for multiconfigurational quantum chemistry? I. J. Quantum Chem., 111, 3329-3338 (2011).| https://sci-hub.tw/10.1002/qua.23068} 里面提到一般的(注意这里仅仅指一般的策略;具体体系要具体来看)活性空间选择策略如下:

主族元素

  • Li B C 可以选择 2s和2p轨道 (4个轨道)
  • N O F 可以选择 2p轨道 (3个轨道)
  • C-H键 一般作为非活性轨道
  • 连接活性基团的烷烃链一般仅作为非活性轨道

共轭分子激发态

  • 对于每一个\pi键,可能的话均选用两个\pi活性轨道。 同时考虑轨道的能量因素,以及计算的态的数目
  • Rydberg性质的计算需要选择对应的Rydberg轨道

过渡金属化合物

  • Cr到Cu元素,一般需要考虑“double shell”(3d+4d)效应,特别是牵扯到d轨道分布变化的时候
  • 第二和第三行的过渡金属体系一般不需要额外的d轨道
  • 高氧化数的体系一般需要更多的活性轨道,原因是共价键或者电子转移的因素

镧系锕系

  • Ln : 4f 层为插入的,不过应被作为活性轨道 (这个不是很理解)
  • 5d, 6s (6p) 一般来说是最为重要的轨道。不过强离子性质的化合物可能需要4f轨道作为活性轨道即可。对于共价键的选取很困难,主要是受限于活性空间大小的限制(不过DMRG倒是较好的克服了这个问题)
  • (f层上的)高自旋态很可能会使活性轨道的选取变得容易一下 (例如 Gd2,S=7;其实我们之前算过的EU系列配合物也有类似的情况)
  • An : 原则上 5f,6d,7s均应为活性轨道(总共13个) 不过类似Ln的情况,高电荷的体系可能仅需要5f轨道,而含共价键的体系需要更多的轨道。

活性空间的选取主要是通过 &RASSCF选项卡, 使用 FROZen、 INACtive、 RAS1、 RAS2、 RAS3等关键字来选取轨道空间,具体的轨道选取请见下表, orbspc

其实该部分具体执行的是多组态自洽场计算,

活性空间或者说活性轨道确定之后 下一步就是参考态的计算方案。 MOLCAS里面RASSCF部分参考态的求解器有:

  • CAS-CI 求解器 对应的参数是 RAS2
  • RAS-CI 求解器 对应的参数是 RAS1+RAS2+RAS3 该求解
  • GAS-CI 求解其 对应的参数是 GASSCF
  • DMRG求解器 对应的介绍和使用可以查看QCMaquis,此外,Block code 以及CheMPS也是可以被调用的。

MOLCAS里面主要的轨道优化方法为 Quasi-Newton 和 Super-CI 方法,同时默认的方案是先采用Super-CI,然后切换为(线性搜索+)Quasi-Newton方法。 两个区别和联系的话主要是

  • MOLCAS中两者均为orb-only或者所谓的two-step uncoupled的方案,Quasi-Newton为接近2次收敛,Super-CI为偏1次收敛。
  • Super-CI方法收敛半径更好一些,Quasi-Newton收敛半径小,但是接近收敛的时候速度快很多。

对于CASPT2的计算 一般仅需要在&RASSCF选项卡后面,继续添加&CASPT2选项卡就可以了。 CASPT2计算采用的活性轨道和活性电子,均可以继承之前的&RASSCF选项卡里面的设置,例如FROZen、RAS2、DELEted、RLXRoot等等。

相当于CASSCF计算,CASPT2计算需要额外注意的几点就是CONVergence(残基收敛精度)、IPEAshift(零级近似哈密顿),尤其是理想的活性空间超出CASSCF计算能力的时候。此外,在联用Cholesky或者RI积分近似的时候,LOVCaspt2、FNOCaspt2的CASPT2方案也是可以采用的。

  • molcas_caspt2.txt
  • Last modified: 2019/09/24 00:23
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