質問:
ラジカルのCASSCF計算を開始するための基礎として、無制限のHF計算の自然軌道を使用することは合理的ですか?
mrnicegyu11
2017-03-06 18:37:57 UTC
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たとえば、中性の閉殻分子の陽イオンなど、ラジカルのCASSCF計算を実行したいとします(したがって、開殻ラジカル陽イオンを計算します)。 MOLCASは、おそらく他のすべてのプログラムパッケージと同様に、CASSCF計算を実行するときに軌道を開始する必要があります。中性種の場合、これらは通常、通常の古いハートリーフォック軌道であると見なされます。通常、陽イオンを扱う場合、必要なHF開始軌道を生成するために、中性種または二陽イオン種に対してハートリーフォックSCF計算が実行されるようです。これらの場合、これらはクローズドシェル計算の結果です。 MOLCASでは、後続のCASSCF計算の基礎としてUHF計算を使用することもできます。次に、無制限の計算自然軌道が使用されます。

無制限のHF計算の自然軌道の使用は、後続のCASSCF計算の基礎として合理的ですか?そうでない場合、なぜですか?それはいつ良い考えですか/いつ悪い考えですか?中性またはジカチオン種のSCF軌道とは対照的に、自然のUHF軌道を使用することの違いは何ですか?落とし穴は何ですか?

編集:概念的には、自然なUHF軌道を使用してCASSCFを実行することは問題ないことを認識しています(または少なくとも私の理解です)。 UHF計算のアルファ軌道のみを使用します。したがって、私の質問は、どの場合に自然のUHF軌道を使用することが一般的に良いか悪いかを見つけることを目的としています。

二 答え:
Martin - マーチン
2017-03-07 20:08:49 UTC
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CASSCF計算に最適な開始軌道は、別のCASSCF(またはRASSCF)計算の最適化された軌道です。それは少しばかげているように聞こえますが、これはおそらくアクティブなスペースを把握するための最良の方法です。

最初は、CAS(2,2)からCAS(4,4)のような非常に小さいものを選択しているでしょう。 )。これらの計算では、どの種類の開始軌道を選択するかはほとんど問題になりません。変更はごくわずかであり、おそらく使用しているシステムに大きく依存します。

ラジカルを却下して陽イオンを計算する利点は、非常に高速なRHF計算を実行でき、軌道が対称であるため、多くの場合、良い選択です。これは、CASに必要なものです。
自然軌道UHF計算の計算も非常に賢明な選択です。なぜなら、それらはすでに分数の占有を可能にし、対称でなければならないからです。私が考えることができる唯一の欠点は、この種の開始軌道生成にはるかに長い時間がかかることです。
同様に、カチオン電荷が多すぎることに不安がある場合は、ROHF計算を実行することを選択できます。
1セットを捨てることでUHF計算も選択できると言った。ここで注意をお勧めします。時々-おそらく特にCASが必要な場合-UHFのスピン汚染は重大です。したがって、1つのセットでは何も近づかず、間違ったCASを選択してしまう可能性があります。

完全に間違ったアクティブスペースを選択したことを除いて、大きな落とし穴はありません。

いずれの場合も、CASSCF計算を数サイクル行って、アクティブスペースがどのように発展しているかを確認することをお勧めします。計算が収束するずっと前にアクティブスペースを調整する必要がある場合があります。そうすれば、最初の開始軌道よりもはるかに良い推測ができます。

私は個人的に次のルーチンを使用します

 R(O)HF [x +]-> CAS(x、⌈½x⌉+ 1)-> RAS(x + 2n、⌈½x⌉+ n +1)-> CAS(x + 2n、⌈½x⌉+ n + 1)-> RAS(...)
-> CAS(...)-> ... 

アクティブなスペースを絞り込み、必要なすべての軌道を含めます。最小限のCASを除いて、ほとんどの場合、中間計算を収束していません。
ご覧のとおり、開始軌道の後に続く手順ははるかに時間がかかるため、実際には問題ではありません。

それを読む時間がないので、後でここに残しておきます:[PeterPulayとTracyP.Hamilton。 MC-SCF計算を定義および開始するためのUHF自然軌道。 * J。化学。 Phys。*** 1988、** * 88 *、4926。](http://dx.doi.org/10.1063/1.454704)
ab initio in silico
2017-03-10 12:03:22 UTC
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UHF基準波動関数がいつ良いアイデアになるかはわかりませんが(ROHFがない場合)、UHFが著しくスピン汚染された波を生成する場合は悪いアイデアかもしれないと思います-関数(UHF波動関数はS ^ 2の固有関数ではありません)。 CASSCFアクティブスペースの軌道は明らかに最適化されますが、非アクティブな占有スペースと外部スペースは永久に残ります。この場合、UHF自然軌道です。

2つの構成MCSCF(TCSCF)はもう少しですUHFよりも高価ですが、S ^ 2固有関数が発生します。また、MP2自然軌道(RHF / ROHFリファレンス)で運が良かったです。

スピン汚染されたUHF計算からの自然軌道を使用すると、誤った結果が得られることを完全に確信していますか?理論的には、CIの計算に必要なのは1つの行列式です。次に、これはCSFの構築に使用されます(これにより、UHF-WFがそうであったかどうかに関係なく、CSFがS ^ 2の固有関数であることを保証します)。もちろん、ひどくスピン汚染されたWFで作業することは、おそらく非常に悪い考えであることに同意します。スピン汚染されたUHF自然軌道にプラグインするときのCSFの役割に興味があります。
システムにスピン汚染がある場合でも、自然軌道は対称であり、合理的な推測を提供します。 「CASSCFアクティブスペースの軌道は明らかに最適化されますが、非アクティブな占有スペースと外部スペースは、あなたの場合、UHF自然軌道のままになります。」これは間違っています。 TCSCFの参照軌道はまだ必要ですが、これらをどのように計算しますか? MR特性を持つシステムの場合、MP2は信頼性が低く、高価であり、参照WFが必要です。そして、そもそもポイントは、あなたはあなたの努力を倍増しているだけです。 (cc @mrnicegyu11)
たとえば、UHFは、非物理的な対称性の破れ(幾何学的歪み、ヤーン・テラー効果)によって人為的に安定化された「人為的な対称性の破れ」状態を引き起こす可能性があります。これは、誤ったポイントグループ(より低いポイントグループ)から開始している可能性があることを意味します。これは非常に悪い推測であり、正しい高次の点群に戻るためにも、位相空間を介して多くのトラッドを必要とします。
そうです、小さなcasのMP2自然軌道はおそらく無駄ですが、私はMRCIの波動関数に興味を持っています。
@Martin-マーチンが同意するかどうか聞きたいです。 UHF計算で対称性の破れを認識していますが、これは自然軌道の問題ですか?
「これはUHFの問題ですか」は、システムに非常に依存する質問です。 UHFは多くのシステムに適していて、RHF / ROHFの結果に非常に近いものです。他の場合では、UHFは、おそらく自然に対して人為的に歪められた平衡幾何学で、対称性が破られた波動関数に変分的に最小化することができます。軌道が対称性を失うだけでなく、UHFジオメトリの最適化によってジオメトリの歪みが発生する可能性があることに注意してください(このジオメトリの波動関数の自然軌道は役に立たないでしょう)。 ROHFコードにアクセスできませんか?


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