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单点能计算、HOMO、LUMO、IP、EA的计算、分子轨道的成分
本文使用AMS2020.101完成计算。
1，建模
导入优化好的分子（此处假定分子已经是优化好的结构，如果结构没有优化好，那么可以参考优化分子的几何结构）
打开AMSjobs窗口，SCM - New Input打开新的Input窗口（Linux系统如果有桌面，那么在命令行输入AMSinput即打开Input窗口），File - Import Coordinates 可以读取xyz、mol等格式的坐标。
2，参数设置
补充说明：
- 模型创建好之后，点击窗口底部的★符号，程序计算的时候，才能自动识别点群，同时计算效率也会大大提高。参数的设置，可以参考ADF参数设置详解。
- 杂化泛函例如B3LYP计算HOMO、LUMO的值一般比GGA精确，但是注意B3LYP不适用于强关联体系、多金属中心体系；
3，运行计算
File - Save保存作业，并提交作业。参考：
4，查看Bonding Energy、单点能
在*.logfile尾部有Bonding Energy信息：
<Dec07-2019> <09:38:10> Bond Energy -1.01810786 a.u. <Dec07-2019> <09:38:10> Bond Energy -27.70412446 eV <Dec07-2019> <09:38:10> Bond Energy -638.87 kcal/mol <Dec07-2019> <09:38:10> >>>> POPUL <Dec07-2019> <09:38:10> NORMAL TERMINATION <Dec07-2019> <09:38:10> END Job HOMOLUMO has finished
Bonding Energy为-1.01810786 a.u. = -27.70412446 eV = -638.87 kcal/mol
Bonding Energy与Total Energy的差别是：一般而言，能使用Total Energy的地方，都可以使用Bonding Energy代替，但反过来不可以。二者含义的差别，参考：Total Bonding Energy与Total Energy的差别与用法。
所谓单点能也是指这个能量，“单点”中的“点”是指势能面中的一个“点”，也就是一种分子结构，单点能指这种结构的能量。
5，查看HOMO、LUMO
可以在Input窗口，SCM - levels，或者在AMSjobs窗口，选中该任务，SCM - levels，从而打开该任务的结果的能级图：
第二列的能级是分子的能级，第一列，以及后面所有列，都是原子的能级，这个图反应分子轨道与原子轨道的关系。其中红色或者蓝色的线，表示分子轨道与原子轨道的对应关系，线越粗，表示该原子轨道对分子轨道的贡献越大。
鼠标停留在分子轨道的时候，可以定量的显示轨道组分百分比。蓝线表示形成杂化形成分子轨道、共价键。
注意，这个能量单位是Hatree，1Hartree=27.2113845eV
查看轨道空间分布：右键点击感兴趣的能级，选取轨道的序号，
弹出View窗口，显示轨道的空间分布。选择Show details：
将默认的100改为40，这是关于透明度的设置，100表示不透明，数值越小越透明：
如果要看所有能量的情况，可以打开out文件查看文本内容：ADFjobs窗口选中该任务，或者level、Input、View、窗口均可（各个窗口实际上是自动根据任务而关联起来的），SCM - Output - Properties - Orbital Energies all Irreps，显示所有分子的所有能级：
HOMO : 9 AA -0.38337867065617E+00 LUMO : 3 AAA 0.16378671343185E-01 Orbital Energies, all Irreps ======================================== Irrep no. (spin) Occup E (au) E (eV) --------------------------------------------------------------------------- AA 1 2.00 -0.19236700004391E+02 -523.4572 AA 2 2.00 -0.19236692296083E+02 -523.4570 AA 3 2.00 -0.10384056608558E+02 -282.5646 AA 4 2.00 -0.11736816240752E+01 -31.9375 AA 5 2.00 -0.11333461067259E+01 -30.8399 AA 6 2.00 -0.57625830306264E+00 -15.6808 AA 7 2.00 -0.53210886276542E+00 -14.4794 AAA 1 2.00 -0.52441954761764E+00 -14.2702 AA 8 2.00 -0.52441103624765E+00 -14.2700 AAA 2 2.00 -0.38340552192503E+00 -10.4330 AA 9 2.00 -0.38337867065617E+00 -10.4323 AAA 3 0.00 0.16378671343185E-01 0.4457 AA 10 0.00 0.16392614568801E-01 0.4461 AA 11 0.00 0.53266250616704E-01 1.4494 AA 12 0.00 0.14876441090035E+00 4.0481 AAA 4 0.00 0.14909516366180E+00 4.0571 AA 13 0.00 0.14912105423074E+00 4.0578 AA 14 0.00 0.34158065277708E+00 9.2949 AAA 5 0.00 0.45418415077999E+00 12.3590 AA 15 0.00 0.45419468594286E+00 12.3593 AA 16 0.00 0.46495695105454E+00 12.6521 AA 17 0.00 0.48674529101549E+00 13.2450 AA 18 0.00 0.66265351321294E+00 18.0317 AAA 6 0.00 0.66265949264258E+00 18.0319 AA 19 0.00 0.87349830230955E+00 23.7691 AAA 7 0.00 0.87349961718193E+00 23.7691 AA 20 0.00 0.91142303446941E+00 24.8011 AAA 8 0.00 0.11051833030719E+01 30.0736 AA 21 0.00 0.11051896981772E+01 30.0737 AAA 9 0.00 0.11371586351959E+01 30.9437 AA 22 0.00 0.11371617434714E+01 30.9437 AA 23 0.00 0.14567011963532E+01 39.6389 AA 24 0.00 0.15076447346069E+01 41.0251 AAA 10 0.00 0.17097556264530E+01 46.5248 AA 25 0.00 0.17098221971628E+01 46.5266 AAA 11 0.00 0.17289551460308E+01 47.0473 AA 26 0.00 0.17289856849617E+01 47.0481 AA 27 0.00 0.21449102012795E+01 58.3660 AAA 12 0.00 0.23755144020658E+01 64.6410 AA 28 0.00 0.23757699635910E+01 64.6480 AA 29 0.00 0.23863893145230E+01 64.9370 AAA 13 0.00 0.27291744571098E+01 74.2646 AA 30 0.00 0.27292622575465E+01 74.2670 AA 31 0.00 0.29187165971756E+01 79.4223 AA 32 0.00 0.35834733989692E+01 97.5113 AAA 14 0.00 0.45647745908635E+01 124.2138 AA 33 0.00 0.45651283257255E+01 124.2235 AAA 15 0.00 0.46016546041147E+01 125.2174 AA 34 0.00 0.46019723510501E+01 125.2260 AA 35 0.00 0.50158619281863E+01 136.4885 AA 36 0.00 0.70264680983051E+01 191.1999 AA 37 0.00 0.87338243246078E+01 237.6595 AA 38 0.00 0.15369510525160E+02 418.2257 AA 39 0.00 0.15731492410716E+02 428.0757 AA 40 0.00 0.54629699779611E+02 1486.5498 AA 41 0.00 0.12708151060972E+03 3458.0639 AA 42 0.00 0.12830440490811E+03 3491.3405
上述数据显示
- HOMO为-0.3833 Hartree，LUMO为0.16378671343185E-01 Hartree也就是0.0164 Hartree。对应的eV：-10.4323 eV、0.4457 eV
- 上述数据第一列编号（Irrep）例如AA、AAA，被称作不可约表示，是代表分子轨道的对称性的，具体含义参考：分子对称性、点群与不可约表示、轨道对称性的通俗理解
- 第二列是轨道的在所在不可约表示中的序号
- 第三列数据是该能级的电子占据数
- 第四列数据是能级能量值，单位为Hartree
- 第五列数据为能级能量值，单位为eV
电离势IP与亲和势EA
粗略的近似，HOMO、LUMO分别近似为IP、EA。更精确的计算，则：
- 垂直电离势：“失e前的优化结构，计算其失1e后的单点能” - “失e前的优化结构的单点能”
- 垂直电子亲和势：“得e前的优化结构的单点能” - “得e前的优化结构，计算其得1e后的单点能”
- 绝热电离势：“失e后优化结构后的单点能” - “失e前优化结构后的单点能”
- 绝热电子亲和势：“得e前优化结构后的单点能” - “得e后优化结构后的单点能”
另外用户可以参考：GW方法精确计算电子能级、HOMO、LUMO、电子亲和势EA、解离势IP
分子轨道组分分析
SCM → Level第二列为分子轨道，鼠标放置在某个轨道上，可以显示轨道的组分权重，例如下图鼠标放在二重简并的 HOMO 轨道，显示：
即这二重简并的两个轨道，编号分别为 9AA、2AAA，其中 9AA 能级为 -0.383416 Hatree，占据电子数为 2.0，主要成分为 O 原子的第 1 个 Px（也就是 2Px）轨道贡献 36.01%，另一个 O 原子的第 1 个 Px（也就是 2Px）轨道贡献35.98%，两个 O 原子的第 1 个 Py轨道分别贡献 12.15%、12.12%，C的第1个 D$_{x^2-y^2}$（也就是3D$_{x^2-y^2}$）贡献2.86%。
（这里需要注意，轨道前面的数字，例如1P、1D是指第几个P、D轨道。如果 Frozen Core 设置为 None，则 1P、2P、3P…… 实际上分别指我们常说的 2P、3P、4P……，以此类推 1D、2D、3D……指 3D、4D、5D……。
如果使用了冻芯近似，检查冻芯的级别，例如某个元素的冻芯基组是将3P以内电子冻结，那么 1P 就是指 4P 轨道。怎么看冻芯基组冻芯到什么程度呢？如果我们不太熟悉，在使用冻芯近似的时候，可以分别为每个元素指定冻芯基组，（指定方式参考：ADF参数设置详解），冻芯基函数位于：AMS2023.104\atomicdata\ADF这个文件夹内，例如下属的 TZP 里面有 Ag.3d 这个基函数，那么这个基函数指Ag元素3d及其以内的电子被冻结。）
这些数据，在Level图里面只列出了主要组分，详细组分在*.out文件中。SCM → Output → 窗口底部搜索 “List of selected MOs”：
List of selected MOs, ordered by energy, with the most significant SFO gross populations
========================================================================================
Each percentage contribution in the table below corres ponds to the indicated SFO.
In general, a SFO may be a linear combination of several Fragment Orbitals on the same,
or on symmetry-related Fragments. Only the first 'member' of such a combination is
specified here. A full definition of all SFOs is given in an earlier part of the output.
The numbering of the SFOs in this table does NOT include the Core Orbitals, and starts
from one for each symmetry representation, as in the SFO definition list earlier.
E(eV) Occ MO % SFO (first member) E(eV) Occ Fragment
-------------------------------------------------------------------------------------
-15.679 2.00 6 AA 20.69% 1 P:y -9.818 1.33 1 O
20.68% 1 P:y -9.818 1.33 2 O
15.18% 2 S -26.457 2.00 1 O
15.18% 2 S -26.457 2.00 2 O
11.59% 2 S -15.357 2.00 3 C
6.98% 1 P:x -9.818 1.33 2 O
6.97% 1 P:x -9.818 1.33 1 O
3.15% 3 S 10.927 0.00 3 C
-14.480 2.00 7 AA 24.27% 1 P:y -9.818 1.33 1 O
24.25% 1 P:y -9.818 1.33 2 O
10.96% 2 S -26.457 2.00 2 O
10.96% 2 S -26.457 2.00 1 O
8.19% 1 P:x -9.818 1.33 2 O
8.17% 1 P:x -9.818 1.33 1 O
6.56% 2 P:y 5.205 0.00 3 C
2.21% 2 P:x 5.205 0.00 3 C
1.97% 1 P:y -5.107 0.67 3 C
-14.273 2.00 8 AA 26.29% 1 P:x -5.107 0.67 3 C
23.66% 1 P:x -9.818 1.33 1 O
23.64% 1 P:x -9.818 1.33 2 O
8.86% 1 P:y -5.107 0.67 3 C
7.98% 1 P:y -9.818 1.33 2 O
7.96% 1 P:y -9.818 1.33 1 O
-14.270 2.00 1 AAA 35.16% 1 P:z -5.107 0.67 3 C
31.62% 1 P:z -9.818 1.33 1 O
31.62% 1 P:z -9.818 1.33 2 O
-10.433 2.00 9 AA 36.01% 1 P:x -9.818 1.33 1 O
35.98% 1 P:x -9.818 1.33 2 O
12.15% 1 P:y -9.818 1.33 2 O
12.12% 1 P:y -9.818 1.33 1 O
2.86% 1 D:x2-y2 35.151 0.00 3 C
-10.430 2.00 2 AAA 48.13% 1 P:z -9.818 1.33 2 O
48.13% 1 P:z -9.818 1.33 1 O
2.84% 1 D:yz 35.151 0.00 3 C
0.450 0.00 10 AA 51.09% 1 P:x -5.107 0.67 3 C
17.21% 1 P:y -5.107 0.67 3 C
16.41% 1 P:x -9.818 1.33 2 O
16.35% 1 P:x -9.818 1.33 1 O
5.55% 1 P:y -9.818 1.33 1 O
5.49% 1 P:y -9.818 1.33 2 O
-4.00% 2 P:x 10.337 0.00 2 O
-3.97% 2 P:x 10.337 0.00 1 O
-2.37% 2 P:x 5.205 0.00 3 C
-1.36% 2 P:y 10.337 0.00 1 O
-1.33% 2 P:y 10.337 0.00 2 O
0.453 0.00 3 AAA 68.30% 1 P:z -5.107 0.67 3 C
21.91% 1 P:z -9.818 1.33 2 O
21.91% 1 P:z -9.818 1.33 1 O
-5.33% 2 P:z 10.337 0.00 1 O
-5.33% 2 P:z 10.337 0.00 2 O
-3.18% 2 P:z 5.205 0.00 3 C
1.453 0.00 11 AA 92.25% 2 S -15.357 2.00 3 C
这里同样列出了相同的数据。
AMS软件提供免费试用，试用申请方式参见：AMS免费试用