T1态结构优化,有两种方法,一种是用基态的DFT理论去优化,因为T1就是三重态的基态;另一种方法是用TDDFT去优化。本例以<chem>CH2O</chem>为例进行说明。初始结构采用完全相同的结构出发,用两种方式进行优化,并进行对照。
直接将体系设置为三重态,进行基态的结构优化即可。如果要使用相对论(只能使用Scalar相对论),则必须使用基态方法优化T1态,也就是勾选Scalar、Unrestricted,以及Spin Polarization设置为2。然后进行结构优化,其他与非相对论一样,如下文。
如果考虑相对论效应,Relativity选择Scalar即可。
关于如何显示键长键角,参考:显示键长、键角、二面角
注意,因为我们预先并不知道<chem>CH2O</chem>的T1态有没有对称性,因此取消掉对称性,让程序在没有对称性限制的条件下去优化。
保存任务,并提交。
SCM - Movie:
留意优化得到的键长键角,以及结构(保持了基态的对称性)。
T1态的能量: SCM - Logfile
<Dec01-2020> <19:19:47> Bond Energy -0.68921685 a.u. <Dec01-2020> <19:19:47> Bond Energy -18.75454485 eV <Dec01-2020> <19:19:47> Bond Energy -432.49 kcal/mol <Dec01-2020> <19:19:47> >>>> POPUL <Dec01-2020> <19:19:47> >>>> ENGRAD <Dec01-2020> <19:19:47> NORMAL TERMINATION Job S1-geo has finished
注意此时的计算中,基态是单重态,激发态才是三重态,我们是希望通过计算激发态来优化:
此处Spin polarization应设置为0,不过由于没有勾选Unrestricted,所以这项的数值不起作用。如果考虑相对论效应,Relativity选择Scalar即可。
选择只计算三重激发态:
选择要优化哪个激发态,n A表示优化Tn态:
因为我们预先并不知道<chem>CH2O</chem>的T1态有没有对称性,因此和前一种方法一样,取消掉对称性(Symmetry设置为NoSym),让程序在没有对称性限制的条件下去优化:
保存任务,并提交。
T1态的能量:SCM - Logfile
<Dec01-2020> <19:13:11> Excited state gradient for: 1A (Singlet-Triplet) <Dec01-2020> <19:13:11> >>>> EGO <Dec01-2020> <19:13:11> EGO:Preliminaries <Dec01-2020> <19:13:12> EGO:Z Vector <Dec01-2020> <19:13:12> EGO:Kinetic <Dec01-2020> <19:13:12> EGO:Potentials <Dec01-2020> <19:13:12> EGO:W matrix <Dec01-2020> <19:13:12> New Excited State Energy: <Dec01-2020> <19:13:12> Total excited state energy: -0.69154846 Hartree <Dec01-2020> <19:13:12> NORMAL TERMINATION Job S1-geo has finished
可以看到从同一种结构出发,两种方法优化得到的最终结构、能量其实相差很小,约0.002 a.u.,基本上可以忽略这种误差。但第一种方法优化,显然计算量小的多,而且理论可靠性更大!
上面说的内容仅仅是操作层面的。实际上,本例存在一个典型问题,导致这种优化结果实际上是错的。我们计算该激发态频率的时候,会发现这个结构存在一个虚頻,而且很大。实际上这就是由于起始结构是一个对称结构造成的。稍微去掉移动一个H原子,使其偏离C2v群,重新优化,二者都可以得到正确的优化结果了。计算频率的时候,虚頻也都消失了。