ADF的基本使用講解

ADF的基本使用周沃華2013/11/12從零開始——使用可視化界面操作GUI搜索按鈕很有用的工具，請多用主菜單欄，通過SCM可在levels，output等工具自由切換工作區(qū)，繪制分子體系調(diào)整各種細(xì)節(jié)參數(shù)的區(qū)域，包括使用哪一種ADF模塊；任務(wù)名稱、類型，電荷和自旋，方法基組等通過選取不同菜單可以自由控制各種參數(shù)下面是工具欄預(yù)優(yōu)化按鈕使用UFF進(jìn)行預(yù)優(yōu)化版本這些“…”按鈕表示更多的細(xì)節(jié)可以在里面設(shè)置。構(gòu)建分子的基本操作單擊原子只能選一個(gè)原子，按住shift可以選取多個(gè)原子，也可以按住shift直接拉一個(gè)區(qū)域選擇區(qū)內(nèi)原子；取消選擇只需要單擊空白區(qū)域，按住鼠標(biāo)右鍵不放可以對選取的原子進(jìn)行平移操作。編輯原子，可以在工具欄中選擇需要模板，然后在工作區(qū)內(nèi)單擊就出現(xiàn)了。選取原子后右鍵，選擇菜單中改變原子類型可以改變原子類型。刪除選定原子，選定原子后，直接按del。通過鼠標(biāo)滾輪可以放大縮小體系，按住左鍵不懂可以旋轉(zhuǎn)體系觀看，如果選擇原子再按住左鍵拖拉將移動(dòng)原子位置。按住選取一些后按ctrl+按住左鍵不放拖拉可以旋轉(zhuǎn)選中原子。修改鍵級、鍵長、鍵角、二面角，使用shift+單擊選擇需要修改的原子，在工作區(qū)下方會出現(xiàn)狀態(tài)，直接在狀態(tài)欄中進(jìn)行修改。GUI使用tipsGUI設(shè)置完成后保存文件，如果有明顯錯(cuò)誤，例如自旋不為0，只能非限制性計(jì)算，而我沒選擇unrestricted，會出現(xiàn)提示。這時(shí)候不能不顧一切地直接保存，否則提交后計(jì)算會早早夭折。由于GUI只能導(dǎo)入坐標(biāo)和打開adf文件；所以許多run無法可視化。所以盡管可視化操作很好用，也要做到?jīng)]有可視化時(shí)能自由編輯run文件，就像不用gView直接編輯gjf文件一樣。某些功能通過GUI無法直接使用，必須要用戶在run中編輯；例如計(jì)算體系傳輸性質(zhì)的green程序。構(gòu)建體系的方法1、從晶體文件（cif,xyz,mol,pdb）等格式中導(dǎo)入，注意ADF直接讀取的只有pdb文件其他格式需要先經(jīng)過Mercury，gaussview等轉(zhuǎn)換之后導(dǎo)入。2、使用GUI繪制，需要一定的技巧，與gView比優(yōu)點(diǎn)是大量豐富的模板，并且不會出現(xiàn)gView5與有道詞典不兼容而導(dǎo)致gV卡死的情況。3、使用GUI界面中的搜索按鈕，搜索，該功能不但可以搜索分子，也可以搜索ADF的各種文檔，對于使用過程中遇到不懂的地方強(qiáng)烈建議各位進(jìn)行搜索，例如不明白Fragmentanalysis的原理用途或關(guān)鍵字輸入等，可以直接輸入搜索。4、不經(jīng)GUI直接在run文件中修改，操作與使用Editplus編輯gjf文件類似，直接修改坐標(biāo)部分（atoms），即把體系的坐標(biāo)直接復(fù)制黏貼到關(guān)鍵詞atoms下。此時(shí)需要注意分子的對稱性、基組等信息，如果對稱性匹配、基組等出錯(cuò)將導(dǎo)致計(jì)算任務(wù)結(jié)束。RUN文件說明指定路徑必須要有任務(wù)名稱原子信息坐標(biāo)對稱性電荷自旋極化非限制性基組信息（缺省設(shè)置）泛函input輸入完畢mv命令修改名稱把TAPE21文件改成**.t21另一個(gè)計(jì)算任務(wù)的開始幾點(diǎn)注意跟gaussian不同，空行不是必要的，只是我的個(gè)人習(xí)慣，ADFexamples里面的例子都是沒有空行的跟gaussian不同，關(guān)鍵字順序大多數(shù)情況下沒有要求，所以基組放在方法后面，電荷放在對稱前后都沒影響。某些語句在win下和在unix下是不一樣的，比如需要用到A.t21文件里面的a碎片時(shí)引用t21文件的命令。同一個(gè)任務(wù)在win下，需要再加多一行指定t21路徑的命令，否則就算在同一個(gè)文件也總是會提醒你出錯(cuò)。所以需要注意按照example來練習(xí)adf最好在unix系統(tǒng)下，否則會出現(xiàn)如上錯(cuò)誤。UNIX上一個(gè)計(jì)算任務(wù)創(chuàng)建了layer.t21文件本計(jì)算任務(wù)需要用layer.t21文件來做三個(gè)碎片。只要這個(gè)t21文件和輸入run文件在同一文件夾，就可以直接計(jì)算，無需指定t21路徑。Win可以看到這里沒有任何原子坐標(biāo)的信息，而通過ADFinput來生成run文件的時(shí)候是必須要有原子才能編輯的。所以如果要用這個(gè)green程序來算傳輸性質(zhì)，就必須懂得這些關(guān)鍵字及其意義。三個(gè)green程序，分別計(jì)算了bulk.t21文件中的三個(gè)碎片；其中第三個(gè)計(jì)算了態(tài)密度DOS和傳輸性質(zhì)。對傳輸性質(zhì)有興趣的同學(xué)可以參見ADFuserguild和ADFExamples中的Transportproperties章節(jié)。里面有詳細(xì)的原理介紹（會有一個(gè)免費(fèi)下載的199頁文檔）和操作步驟及相關(guān)說明。使用adf中的green程序計(jì)算沒有原子部分，通過算前面的bulk.t21文件得到結(jié)果。類似于后gaussian的chk文件后處理上一個(gè)任務(wù)創(chuàng)建了bulk.t21文件SAVE、NOSAVE用于保存（不保存）文件mv是重命名命令語法為：mv原始文件文件名rm是刪除命令語法結(jié)構(gòu)：rm文件echo和cat都是控制輸出文件的命令與計(jì)算無關(guān)卻常用的命令提交任務(wù)說明Win下，在GUI全部編輯好之后，可以在edit菜單下點(diǎn)擊run運(yùn)行。也可以不用打開GUI直接雙擊run文件運(yùn)行（默認(rèn)打開方式為adf）。學(xué)校集群（有作業(yè)安排的系統(tǒng)）上面，與gaussian一樣修改pbs文件提交pbs文件進(jìn)行運(yùn)算；pbs文件的組成、編輯與提交請參考何靖師姐和龔麗珍師姐之前的組會匯報(bào)。本地單機(jī)Linux（無作業(yè)安排系統(tǒng)）下，使用“cd需要計(jì)算run文件的路徑”進(jìn)入文件夾，chmod770**.run更改權(quán)限；然后使用命令”./**run>**.out2>&1&”計(jì)算。注意run文件和out文件的名字最好一樣，&也不能省略否則關(guān)閉終端就會kill進(jìn)程！ADF輸出文件（極其簡略）說明輸出文件共有t21，out，logfile，t13等格式。Logfile文件是給出計(jì)算簡略過程的文件，會告訴你什么時(shí)候進(jìn)行了什么運(yùn)算，任務(wù)類型，SCF計(jì)算過程及是否收斂，警告和提示，結(jié)束信息，成功結(jié)束時(shí)會輸出bondenergy及NORMALTERMINATION，失敗時(shí)會出現(xiàn)notconverged的提示。如果是優(yōu)化任務(wù)，最終構(gòu)型就會在logfile里面給出。版本，時(shí)間，核原子及基組S（TZP，凍結(jié)到2p軌道）任務(wù)類型：創(chuàng)建（碎片）凈電荷=0（核數(shù)-電子數(shù)）對稱性SCF計(jì)算信息收斂信息提示：這個(gè)計(jì)算任務(wù)中分子軌道是部分占據(jù)的。正常結(jié)束另一個(gè)計(jì)算任務(wù)開始；還是創(chuàng)建原子Fe（TZP，凍結(jié)到2P，可以看出來作者提交的時(shí)候粗心地使用了默認(rèn)選項(xiàng)，否則Fe可以凍結(jié)更大）值得一提的是：每一個(gè)任務(wù)都會有創(chuàng)建原子的計(jì)算，除非已經(jīng)指定好了碎片（這個(gè)比較復(fù)雜需要計(jì)算BSSE，EDA，電子傳輸?shù)臅r(shí)候再學(xué)不遲）。嚴(yán)格說來這就像是gaussian已經(jīng)算完一個(gè)任務(wù)再接著算第二任務(wù)一樣。版本，時(shí)間，核任務(wù)說明計(jì)算類型：單點(diǎn)計(jì)算電荷0，自旋極化=Sa-Sb=8對稱性：C（2V）計(jì)算過程指標(biāo)ErrMat和MaxE1都在不斷變小以達(dá)到收斂標(biāo)準(zhǔn)。如果圈數(shù)達(dá)到指定圈數(shù)還不收斂判定為收斂失敗。BondEnergy，給出了三個(gè)單位，實(shí)際上是一個(gè)值。正常結(jié)束任務(wù)終止（是否成功都會提示）Logfile文件只給一個(gè)非常簡潔的結(jié)果。詳細(xì)結(jié)果還要看t21，out等文件，這里需要注意在關(guān)鍵字只留下關(guān)鍵字FULLSCF（下面notprint子關(guān)鍵字刪除）以上信息就會出現(xiàn)在output文件的最后面；如果輸入文件里面最下面加入了rmlogfile命令行，會刪除logfile文件。Output文件由于提供的信息量非常之大，類似于gaussian的log文件；將演示一下如何提取常用的電荷；能級信息；優(yōu)化最終構(gòu)型；最終能量。在output文件提取信息推薦最好的方法是使用ADFoutput打開out文件，然后在菜單欄中選擇自己需要的信息，光標(biāo)就會自動(dòng)跳轉(zhuǎn)，再進(jìn)行選取復(fù)制等。有些特殊數(shù)據(jù)只需要某幾列可以使用Editplus打開搜索相關(guān)關(guān)鍵字進(jìn)行列選擇。T21文件包括了各種譜圖（DOS，levels，頻率，吸收發(fā)射譜等）可以作為另一個(gè)任務(wù)的碎片分子，重新計(jì)算也需要t21文件。畫軌道圖必須用到t21文件（軌道圖的畫法在ADFlevels中，參見以前組會資料）T21是非常重要的文件，包括許多高級工具，例如ADFgreen（用來計(jì)算DOS和傳輸性質(zhì)的工具）等實(shí)際上都是在以t21文件為輸入文件進(jìn)行的。T13文件是checkpoint文件，只保留了日期時(shí)間等信息是21文件的精簡版，是專門用來計(jì)算中斷之后restart的。收斂失敗的策略1、加大循環(huán)圈數(shù)SCFIterations100（要加多少直接在這里改）END2、使用電子拖尾方法（據(jù)說理論上可以收斂任何體系實(shí)踐中挺好用就是耗時(shí)）OccupationsSmear=0.2,0.1,0.07,0.05,0.03,0.02,0.01,0.007,0.005,0.001由于這樣的計(jì)算軌道是部分占據(jù)的，沒有物理意義，因此收斂之后取最終構(gòu)型再修改如下關(guān)鍵字計(jì)算。保證計(jì)算出來的數(shù)據(jù)是可靠的。Occupationssmearq=0由于這個(gè)方法很耗時(shí)并且需要許多循環(huán)圈數(shù)，因此還要加大循環(huán)圈數(shù)；如果是提交pbs腳本還要調(diào)整一個(gè)合適的時(shí)間。3、換收斂方法SCFIterations300EndNewDIIS4、更換初始構(gòu)型，例如我曾試過加電場10,20，都很容易算出，30算不出，改用20電場下的結(jié)構(gòu)做初始構(gòu)型就算出來了。電場越大越難收斂，adf加電場計(jì)算遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有g(shù)aussian效率高。容易收斂失敗，而且有些鍵長變化不明顯。（也可能是我們對ADF了解得還不夠深入的原因。）更多方法見Examples和ADFusersguild中的Troubleshooting。常用計(jì)算1——優(yōu)化計(jì)算優(yōu)化任務(wù)的關(guān)鍵字是GEOMETRYoptimDelocalizedEND不加GEOMETRY關(guān)鍵字就是單點(diǎn)計(jì)算。有金屬原子，需要進(jìn)行相對論計(jì)算，必須在金屬原子基組設(shè)置中選擇對應(yīng)的ZORA文件下的基組文件，并且在后面添加關(guān)鍵字RELATIVISTIC！缺一不可！

RELATIVISTICScalarZORAScalarZORA是子關(guān)鍵字表示一種相對論方法，金屬串計(jì)算文獻(xiàn)一般都是使用這種方法。ADF中還有另一種更精確的相對論方法。注意：許多關(guān)鍵字后面必須加END，刪了會出現(xiàn)錯(cuò)誤。有些關(guān)鍵字如加電場關(guān)鍵字Efield，電荷自旋Charge等不需要END，加了也會出錯(cuò)。這三行是針對全部原子的，最后一行不用打印相關(guān)信息。對每一種原子進(jìn)行基組設(shè)置（當(dāng)對所有原子進(jìn)行設(shè)置的時(shí)候，前面type、core行沒有意義了，可以刪除）。鍵級信息，例如第一行的四個(gè)數(shù)字意思分別是：序號為1、第一個(gè)原子序號和第二個(gè)原子序號以及鍵級是1.0。所以總共有多少序號表示總共有多少個(gè)鍵，看最后就知道兩個(gè)原子是沒有成鍵或成單雙叁鍵?？梢詣h除。暫時(shí)沒發(fā)現(xiàn)不良影響。默認(rèn)有序號，把序號刪了也沒問題，坐標(biāo)也沒有硬性規(guī)定精度必須有多少位小數(shù)。這里的關(guān)鍵字與計(jì)算無關(guān)，但是刪了可能會造成巨大的損失，沒有save就不會保存t21文件和t13文件。Eor表示這個(gè)計(jì)算任務(wù)的輸入結(jié)束了。常用計(jì)算2——加電場優(yōu)化計(jì)算最需要注意的有三點(diǎn)1、加關(guān)鍵字Efieldxyz；其中xyz表示xyz方向上的電場大小，單位為au。2、GEOMETRY關(guān)鍵字下面的坐標(biāo)類型不能用默認(rèn)的Delocalized，而要換成Cartesian。否則無法計(jì)算。3、和gaussian一樣，計(jì)算加電場必須加SYMMETRYnosym關(guān)鍵字gaussian中為（nosymm）；即不限制對稱性優(yōu)化。注：需要凍結(jié)原子計(jì)算的話，只需要加關(guān)鍵字CONSTRAINTSATOM10.00.00.0ATOM21.00.00.0END凍結(jié)原子1（坐標(biāo)），原子2（坐標(biāo)）更多已掌握或基本掌握的高級應(yīng)用（全都有文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)）在ADF模塊下計(jì)算BS態(tài)和J值；（金屬串文獻(xiàn)使用gaussian計(jì)算的有，ADF的沒有）通過碎片分析，可以計(jì)算能量分解EDA和各種碎片間的作用（傳輸性質(zhì)就是這樣實(shí)現(xiàn)的）以及分析重要分子軌道中不同碎片的貢獻(xiàn)；（目前金屬串文獻(xiàn)均未見報(bào)導(dǎo)）指定不同的自旋多重度和同一多重度下不同態(tài)的計(jì)算（計(jì)算自旋交換和姜泰勒效應(yīng)）；