adf:fragmentanalysis2020
EDA化学键分析（分子间作用、氢键）
关于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。
总的来说，对待片段，实际上也就是对片段进行的一个单点计算，因此电荷、自旋极化、收敛情况，都是同样需要注意的。
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AMS2020.101完成计算。这样的情况相对简单，因为每个分区都是饱和的，因此是闭壳层体系，用户一般不需要考虑每个分区的电子占据情况。如果是在分子内分区，则需要考虑清楚每个分区的电子占据，可以参考：EDA-NOCV化学键分析（配位键）：配合物的EDA-NOCV分析（Science 2018），该案例中不仅包含EDA的内容，还包括ETS-NOCV的内容，后者实际上基于前者。但EDA是可以使用点群的，使用了ETS-NOCV，则需要关闭点群（对称性设置为Nosymm），但分区的计算还是可以使用点群的，而且往往必须使用点群。
参数设置
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：优化分子的几何结构、更高效的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：正式版的安装、维护与升级
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Close-Shell-AT，因此底部分子也叫做Close-Shell-AT），其他列为片段轨道，底部有分区A、T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：
hartree eV kcal/mol kJ/mol
-------------------- ----------- ---------- -----------
Pauli Repulsion
Kinetic (Delta T^0): 0.475998227682573 12.9526 298.69 1249.73
Delta V^Pauli Coulomb: -0.318879786390269 -8.6772 -200.10 -837.22
Delta V^Pauli LDA-XC: -0.108494575690219 -2.9523 -68.08 -284.85
Delta V^Pauli GGA-Exchange: 0.015619470014427 0.4250 9.80 41.01
Delta V^Pauli GGA-Correlation: -0.004693545880079 -0.1277 -2.95 -12.32
-------------------- ----------- ---------- -----------
Total Pauli Repulsion: 0.059549789736432 1.6204 37.37 156.35
(Total Pauli Repulsion =
Delta E^Pauli in BB paper)
Steric Interaction
Pauli Repulsion (Delta E^Pauli): 0.059549789736432 1.6204 37.37 156.35
Electrostatic Interaction: -0.051204609712812 -1.3933 -32.13 -134.44
(Electrostatic Interaction =
Delta V_elstat in the BB paper)
-------------------- ----------- ---------- -----------
Total Steric Interaction: 0.008345180023620 0.2271 5.24 21.91
(Total Steric Interaction =
Delta E^0 in the BB paper)
Orbital Interactions
AA: -0.032482827065708 -0.8839 -20.38 -85.28
AAA: -0.002687148810814 -0.0731 -1.69 -7.06
-------------------- ----------- ---------- -----------
Total Orbital Interactions: -0.035169975876522 -0.9570 -22.07 -92.34
Alternative Decomposition Orb.Int.
Kinetic: -0.331684312163481 -9.0256 -208.14 -870.84
Coulomb: 0.260724234976873 7.0947 163.61 684.53
XC: 0.035790101310086 0.9739 22.46 93.97
-------------------- ----------- ---------- -----------
Total Orbital Interactions: -0.035169975876522 -0.9570 -22.07 -92.34
Residu (E=Steric+OrbInt+Res): 0.000000166575717 0.0000 0.00 0.00
Dispersion Energy: -0.005256569889834 -0.1430 -3.30 -13.80
Total Bonding Energy: -0.032081199167019 -0.8730 -20.13 -84.23
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：
- 理论参考：能量分解分析（EDA）
- 每种能量，有4种单位Hartree、eV、kcal/mol、kJ/mol列出，因此总共4列数据
- EDA的结果：泡利排斥能37.37 kcal/mol；静电相互作用能-32.13 kcal/mol；轨道相互作用-22.07 kcal/mol
- 本例使用了色散修正泛函，因此还包含第四个部分：色散能-3.30 kcal/mol
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，也被认为键能。
键解离能：在键能（负值）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）
MO组分与Mulliken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 1.31 0.00 0.42 0.02 0.00 0.05 0.12 0.29 0.07 0.00 0.00 0.00 0.01
33: 0.34 3.18 0.01 0.23 0.09 0.00 0.06 0.08 0.06 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00
34: 0.02 11.14 0.38 2.68 0.01 0.01 0.00 0.13 0.15 0.13 0.00 0.00 0.00 0.00
35: 5.59 0.93 81.19 9.62 0.68 0.03 0.16 0.02 0.09 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00
36: 0.00 0.10 0.03 0.02 0.21 93.27 5.29 0.30 0.17 0.07 0.00 0.00 0.00 0.00
37: 0.01 0.28 0.12 0.24 0.72 2.81 53.58 28.57 4.47 5.59 -0.01 0.00 0.03 -0.01
38: 0.02 0.28 0.07 0.21 0.55 0.59 8.53 0.18 3.62 81.47 -0.01 0.00 0.05 -0.01
39: 0.00 0.06 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.05 0.06 0.05 0.26 83.39 0.89 8.48
40: 0.00 0.13 0.00 0.01 0.00 0.00 0.02 0.11 0.12 0.16 0.10 15.95 8.98 53.37
41: -0.01 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 0.02 0.02 0.00 0.01 0.09 0.03 0.11 2.68
43: -0.02 0.15 0.00 0.07 0.00 0.00 0.00 0.02 0.14 0.10 0.02 0.12 -0.09 10.67
230: 0.03 0.00 0.77 0.23 0.01 0.58 1.19 0.40 0.00 0.62 -0.01 0.00 0.00 0.00
232: 93.29 0.25 5.06 1.16 0.01 0.00 0.01 0.00 0.00 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00
233: 0.33 80.60 0.93 0.24 0.55 0.17 0.31 0.00 0.01 0.04 0.00 0.00 0.01 0.01
234: 0.07 0.00 10.77 83.20 0.63 0.12 0.18 0.19 0.06 0.20 0.00 0.00 0.00 0.01
235: 0.02 0.17 0.29 1.11 96.27 0.44 0.57 0.12 0.00 0.19 0.00 0.00 0.00 0.00
236: 0.01 0.02 0.13 0.03 0.00 0.21 20.60 65.68 10.92 1.31 -0.01 0.00 0.01 0.00
237: 0.02 0.07 0.03 -0.01 0.00 0.78 7.11 2.27 78.90 7.68 0.00 0.00 0.01 0.03
238: 0.00 0.00 0.00 0.01 0.00 0.02 0.03 0.06 0.00 0.09 93.62 0.04 0.33 0.13
239: 0.03 0.00 -0.01 0.08 0.00 0.16 0.27 0.45 0.01 0.61 4.46 0.04 29.97 15.60
240: 0.01 0.00 -0.02 0.03 0.00 0.05 0.01 0.15 0.01 0.22 0.76 0.31 59.07 0.18
241: 0.00 0.00 0.00 0.01 0.00 0.04 0.10 0.08 0.00 0.10 0.06 0.00 0.33 7.03
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 2.00 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 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 2.00 2.00 1.99 1.96 0.01 0.04 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 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、轨道对称性的通俗理解。本例体系是Cs群，因此有AA、AAA两个不可约表示，上述是AA不可约表示的轨道的成分、电子在片段轨道上的布居情况
- 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 : 387
Cartesian basis functions that participate in this irrep (total number = 485) :
1 30 59 88 117 146 175 204 233 262
351 380 409 438 467 496 525 554 583 2
3 4 5 6 8 9 11 12 19 14
15 17 25 28 20 21 23 26 31 32
33 34 35 37 38 40 41 48 43 44
46 54 57 49 50 52 55 60 61 62
63 64 66 67 69 70 77 72 73 75
83 86 78 79 81 84 89 90 91 92
93 95 96 98 99 106 101 102 104 112
115 107 108 110 113 118 119 120 121 122
124 125 127 128 135 130 131 133 141 144
136 137 139 142 147 148 149 150 151 153
154 156 157 164 159 160 162 170 173 165
166 168 171 176 177 178 179 180 182 183
185 186 193 188 189 191 199 202 194 195
197 200 205 206 207 208 209 211 212 214
215 222 217 218 220 228 231 223 224 226
229 234 235 236 237 238 240 241 243 244
251 246 247 249 257 260 252 253 255 258
263 264 265 266 267 269 270 272 273 280
275 276 278 286 289 281 282 284 287 291
292 293 294 295 302 297 298 300 303 304
305 306 307 314 309 310 312 315 316 317
318 319 326 321 322 324 327 328 329 330
331 338 333 334 336 339 340 341 342 343
350 345 346 348 352 353 354 355 356 358
359 361 362 369 364 365 367 375 378 370
371 373 376 381 382 383 384 385 387 388
390 391 398 393 394 396 404 407 399 400
402 405 410 411 412 413 414 416 417 419
420 427 422 423 425 433 436 428 429 431
434 439 440 441 442 443 445 446 448 449
456 451 452 454 462 465 457 458 460 463
468 469 470 471 472 474 475 477 478 485
480 481 483 491 494 486 487 489 492 497
498 499 500 501 503 504 506 507 514 509
510 512 520 523 515 516 518 521 526 527
528 529 530 532 533 535 536 543 538 539
541 549 552 544 545 547 550 555 556 557
558 559 561 562 564 565 572 567 568 570
578 581 573 574 576 579 584 585 586 587
588 590 591 593 594 601 596 597 599 607
610 602 603 605 608 612 613 614 615 616
623 618 619 621 624 625 626 627 628 635
630 631 633 636 637 638 639 640 647 642
643 645 648 672 649 673 650 674 653 677
651 652 675 676 659 683 656 658 680 682
654 655 657 678 679 681 660 661 662 663
664 671 666 667 669
SFO (index Fragment Generating Expansion in Fragment Orbitals
indx incl.CFs) Occup Orb.Energy FragmentType Coeff. Orbital on Fragment
--------------------------------------------------------------------------------------
1 20 2.000 -0.959 au A 1.00 1 AA 1
( -26.083 eV)
2 21 2.000 -0.901 au A 1.00 2 AA 1
( -24.505 eV)
3 22 2.000 -0.864 au A 1.00 3 AA 1
( -23.514 eV)
4 23 2.000 -0.819 au A 1.00 4 AA 1
( -22.276 eV)
5 24 2.000 -0.785 au A 1.00 5 AA 1
( -21.357 eV)
6 25 2.000 -0.701 au A 1.00 6 AA 1
( -19.073 eV)
7 26 2.000 -0.612 au A 1.00 7 AA 1
( -16.654 eV)
可以看到，24 SFO实际上就是分区A的5 AA轨道，在Region_1碎片单独存在的时候，能级为-0.785 au = -21.357 eV
注意
其他详细的功能，参考：文献重现：氢键强度、轨道作用、电荷分析
adf/fragmentanalysis2020.txt · 最后更改: 2023/11/27 17:34 由 liu.jun