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adf:fragmentanalysis

分子间相互作用能、分子之间相互作用能、键能、键解离能、结合能计算、键能分解EDA、片段轨道布居

使用该功能发表的代表性工作:

氢键的片段分析、电子转移、电荷转移的分析,参考:文献重现:氢键强度、轨道作用、电荷分析。关于键能分解的理论,参考:能量分解分析(EDA)

片段是一个比较广义的概念,可以是分子的部分和部分之间相互作用,也可以是分子和分子之间的相互作用,方法原理都是一样。如果是分子内部一个区域与另一个区域相互作用,那么将这两个区域当成两个片段即可,如果是分子和分子间相互作用,那么将每个分子当成一个片段就可以了。如果要考虑相对论的片段分析,那么设置参数的时候,勾选 Main > Relativity > Scalar就可以了,目前ADF不支持Spin-Orbit的片段功能。

下面以分子内部区域与区域之间的相互作用为例子,来演示计算的过程。使用AMS2019.03完成计算。

1,建模的操作,参考:AMS软件建模教程

首先应该进行结构优化,之后才进行片段分析。结构优化如何使用?请参考:如何优化分子的几何结构如何有效地对大分子进行结构优化

假定已经优化完成,如下演示的是片段分析的参数设置:

关于参数设置详细介绍,请参考:ADF参数设置详解

分区操作,参考:如何创建分区。手动勾选Multilevel > Fragment > Use fragment。

保存任务,将生成总共3个任务,其中一个是主任务,另外两个任务是两个碎片的任务。提交并行任务,尤其是这种碎片分析相关的任务,参考:提交作业方式、设定作业核数、软件安装与升级[目录]

计算完成,查看结果(如何查看,参考:如何查看结果):

片段分析

SCM > level

第二列轨道是分子轨道(底部有分子的名称,例如本例保存任务名字叫AT,因此底部分子也叫做AT),其他列为片段轨道,底部有碎片的名称。该图定性显示整个二聚体的分子轨道与两个碎片的分子轨道之间的关系。红线越粗,表示该碎片轨道贡献越大。鼠标放置在能级上,将显示定量贡献百分比。

EDA

点击SCM的LOGO > Output > Properties > Bonding Energy Decomposition查看文本格式的输出文件中能量分解部分:

其中键能,就是Total Bonding Energy。这个数字,在logfile末尾也有。

上图中进行了EDA(Energy Decomposition Analysis)分析:

  1. 本例使用了色散修正泛函,因此还包含第四个部分:色散能。

键能、键解离能、结合能计算

这个如果是两个片段的话,那么这个能量就是两个片段之间的结合能。

键解离能有两种描述方式,一种就是直接采用键能(一般为负值);另一种需要在键能的基础上加上准备能(聚合体中的片段们,分别进行能量最小化,之后的能量降低量之和,即准备能,为正值)

片段轨道布居

SCM LOGO > Output > Properties > %SFO per orbital,会显示类似如下内容:

                                       === AA ===


SFO contributions (%) per orbital
 (multiplication by the orbital occupation yields the SFO Gross Populations)

 Orb.:       28     29     30     31     32     33     34     35     36     37     38     39     40     41
 occup:     2.00   2.00   2.00   2.00   2.00   2.00   2.00   2.00   2.00   2.00   0.00   0.00   0.00   0.00
 CF+SFO     ----   ----   ----   ----   ----   ----   ----   ----   ----   ----   ----   ----   ----   ----
 ------
     30:    0.01   1.34   0.00   0.40   0.02   0.00   0.05   0.13   0.29   0.07   0.00   0.00   0.00   0.01
     33:    0.31   3.25   0.01   0.22   0.08   0.00   0.06   0.08   0.06   0.02   0.00   0.00   0.00   0.00
     34:    0.00  11.58   0.33   2.55   0.01   0.01   0.00   0.14   0.15   0.13   0.00   0.00   0.00   0.00
     35:    5.48   0.91  81.44   9.52   0.65   0.04   0.16   0.02   0.09   0.02   0.00   0.00   0.00   0.00
     36:    0.00   0.10   0.03   0.03   0.21  93.18   5.39   0.29   0.17   0.07   0.00   0.00   0.00   0.00
     37:    0.01   0.28   0.11   0.25   0.70   2.87  54.47  27.53   4.35   5.78  -0.01   0.00   0.03  -0.01
     38:    0.02   0.29   0.07   0.22   0.55   0.61   8.62   0.20   3.74  81.10  -0.01   0.00   0.05  -0.01
     39:    0.00   0.07   0.00   0.00   0.00   0.00   0.01   0.06   0.06   0.06   0.24  83.34   0.90   8.57
     40:    0.00   0.16   0.00   0.01   0.00   0.00   0.02   0.12   0.13   0.16   0.09  16.04   8.82  53.46
     41:   -0.01   0.03   0.00   0.00   0.00   0.00   0.02   0.03   0.00   0.01   0.09   0.03   0.11   2.80
     43:   -0.02   0.16   0.00   0.07  -0.01   0.00   0.00   0.02   0.15   0.10   0.03   0.12  -0.09  10.63
    175:    0.03   0.00   0.77   0.22   0.01   0.58   1.21   0.38   0.00   0.62  -0.01   0.00   0.00   0.00
    177:   93.46   0.21   4.97   1.09   0.01   0.00   0.01   0.00   0.00   0.02   0.00   0.00   0.00   0.00
    178:    0.34  79.99   0.90   0.22   0.52   0.18   0.32   0.00   0.01   0.04   0.00   0.00   0.01   0.01
    179:    0.08   0.00  10.67  83.62   0.56   0.12   0.18   0.18   0.06   0.20   0.00   0.00   0.00   0.01
    180:    0.02   0.16   0.29   1.03  96.42   0.43   0.56   0.11   0.00   0.18   0.00   0.00   0.00   0.00
    181:    0.01   0.02   0.13   0.03   0.00   0.20  19.59  66.40  11.29   1.25  -0.01   0.00   0.01   0.00
    182:    0.01   0.07   0.03  -0.01   0.00   0.76   6.94   2.60  78.53   7.86   0.00   0.00   0.01   0.03
    183:    0.00   0.00   0.00   0.01   0.00   0.02   0.03   0.05   0.00   0.09  93.75   0.04   0.32   0.13
    184:    0.02   0.00   0.00   0.08   0.00   0.18   0.31   0.45   0.01   0.64   4.40   0.03  29.87  15.14
    185:    0.01   0.00  -0.02   0.03   0.00   0.05   0.02   0.15   0.01   0.24   0.73   0.29  59.33   0.23
    186:    0.00   0.00   0.00   0.01   0.00   0.05   0.10   0.07   0.00   0.11   0.05   0.00   0.32   7.04
 Summation over all MOs, multiplied by occupation: Total SFO Gross Populations in this Irrep
 ===========================================================================================

     0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
     0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    2.00    1.99    2.00    2.00    1.99
     2.00    1.99    2.00    2.00    2.00    1.99    2.00    2.00    2.00    2.00    2.00    2.00
     1.97    1.95    0.01    0.02    0.00    0.01    0.02    0.00    0.00    0.00    0.00    0.01
     0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
     0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
     0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
     0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
     0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
     0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
     0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
     0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
     0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
     0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    1.99    1.98    2.00    2.00
     2.00    2.00    1.99    2.00    2.00    2.00    1.99    1.99    2.00    2.00    1.99    2.00
     1.99    1.96    0.01    0.05    0.02    0.01    0.00    0.01    0.00    0.01    0.01    0.00
     0.00    0.00    0.00    0.00    0.01    0.00    0.00    0.01    0.00    0.00    0.00    0.00
     0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
     0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
     0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
     0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
     0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
     0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
     0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
     0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00

注意,

  • 如果体系有对称性,则该数据是按照不可约表示分别列出的。不可约表示的通俗理解,参考:分子对称性、点群与不可约表示、轨道对称性的通俗化理解
  • SFO contributions (%) per orbital显示的是整个二聚体的分子轨道(也就是 Orb.那一行,其数字是轨道的序号, occup是该轨道的电子占据数)与碎片轨道之间的组合关系
  • Total SFO Gross Populations in this Irrep显示的是,每个碎片轨道上,分布了多少个电子,这里面可以看到存在微弱的电子转移,例如第24号SFO失去了0.01电子,因此只有1.99电子了。最前面的19个轨道是冻芯轨道,没有列出电子占据数,显示为0。

24SFO是哪个轨道呢?可以查询。点击Properties > SFO construction,看到AA不可约表示中的SFO列表(同样地,需要看对应的不可约表示,例如这里需要看AA):

                                       === AA ===
 Nr. of SFOs :  279
 Cartesian basis functions that participate in this irrep (total number =   323) :
      1    20    39    58    77    96   115   134   153   172
    221   240   259   278   297   316   335   354   373     2
      3     4     5     6     8     9    11    12    19    14
     15    17    21    22    23    24    25    27    28    30
     31    38    33    34    36    40    41    42    43    44
     46    47    49    50    57    52    53    55    59    60
     61    62    63    65    66    68    69    76    71    72
     74    78    79    80    81    82    84    85    87    88
     95    90    91    93    97    98    99   100   101   103
    104   106   107   114   109   110   112   116   117   118
    119   120   122   123   125   126   133   128   129   131
    135   136   137   138   139   141   142   144   145   152
    147   148   150   154   155   156   157   158   160   161
    163   164   171   166   167   169   173   174   175   176
    177   179   180   182   183   190   185   186   188   191
    192   193   194   195   197   198   199   200   201   203
    204   205   206   207   209   210   211   212   213   215
    216   217   218   219   222   223   224   225   226   228
    229   231   232   239   234   235   237   241   242   243
    244   245   247   248   250   251   258   253   254   256
    260   261   262   263   264   266   267   269   270   277
    272   273   275   279   280   281   282   283   285   286
    288   289   296   291   292   294   298   299   300   301
    302   304   305   307   308   315   310   311   313   317
    318   319   320   321   323   324   326   327   334   329
    330   332   336   337   338   339   340   342   343   345
    346   353   348   349   351   355   356   357   358   359
    361   362   364   365   372   367   368   370   374   375
    376   377   378   380   381   383   384   391   386   387
    389   392   393   394   395   396   398   399   400   401
    402   404   405   406   407   408   410   422   411   423
    412   424   415   427   413   414   425   426   416   417
    418   419   420

    SFO  (index         Fragment          Generating    Expansion in Fragment Orbitals
  indx  incl.CFs)   Occup   Orb.Energy   FragmentType  Coeff.   Orbital     on Fragment
 --------------------------------------------------------------------------------------
     1      20      2.000      -0.960 au  Region_1      1.00      1 AA              1
                        (     -26.120 eV)
     2      21      2.000      -0.902 au  Region_1      1.00      2 AA              1
                        (     -24.534 eV)
     3      22      2.000      -0.865 au  Region_1      1.00      3 AA              1
                        (     -23.545 eV)
     4      23      2.000      -0.820 au  Region_1      1.00      4 AA              1
                        (     -22.309 eV)
     5      24      2.000      -0.786 au  Region_1      1.00      5 AA              1
                        (     -21.386 eV)
     6      25      2.000      -0.702 au  Region_1      1.00      6 AA              1
                        (     -19.099 eV)
     7      26      2.000      -0.613 au  Region_1      1.00      7 AA              1
                        (     -16.688 eV)
     8      27      2.000      -0.596 au  Region_1      1.00      8 AA              1

可以看到,24 SFO实际上就是Region_1的5 AA轨道,在Region_1碎片单独存在的时候,能级为-0.786 au = -21.386 eV

注意

adf/fragmentanalysis.txt · 最后更改: 2019/12/18 20:12 由 liu.jun

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