ABACUS 线性响应TDDFT实操

下载H₂的22个条件、完整输入、原生结果和绘图脚本，解压进入附件根目录，先读取已有数据：

bash analyze.sh

表和数组在reference/analysis，高清图在reference/figures。需要从头重算时，在新的附件目录提交：

sbatch submit.slurm

模板分配1张P100，先顺序运行各条件，再后处理。实时传播使用GPU，线性响应使用同主机的CPU路径；申请了GPU不代表线性响应获得GPU加速。脚本拒绝覆盖已有work，重算请新解压。这是一套含多项控制的演示，整套耗时长于单个小例子。

环境为ABACUS3.10.1模块abacus/3.10.1-p100，GNU13.3、HPC-X2.50/OpenMPI5.0.10rc2、CUDA12.8，1个MPI进程和1线程，双精度；ASE3.29.0环境提供NumPy/SciPy和绘图依赖。不包含Intel Xeon 8173M性能对照。文中的直接计算命令应在已分配的计算资源中执行，不在登录节点运行DFT。

1 本例求解的是LR-TDA#

ABACUS3.10.1的本例线性响应通过ks-lr先做基态SCF，再求粒子–空穴激发矩阵的本征问题；该实现使用Tamm–Dancoff近似（TDA），不要写成完整含正反向耦合的Casida方程或BSE。

H₂结构与实时脉冲例相同，PBE基态、固定原子、10个NAO。主要对照选8个虚轨道、8个激发态；这是有限电子空间，不是已收敛气相实验能级。

2 准备完整输入#

h2-lr-pbe8的完整输入如下。

INPUT_PARAMETERS
suffix tutorial
pseudo_dir ../../PP_ORB
orbital_dir ../../PP_ORB
ntype 1
basis_type lcao
nbands 10
ecutwfc 40
scf_thr 1e-7
scf_nmax 100
symmetry -1
gamma_only 0
smearing_method fixed
out_chg 0
precision double
cal_force 0
cal_stress 0
calculation scf
esolver_type ks-lr
device cpu
ks_solver genelpa
nspin 1
nocc 1
nvirt 8
lr_nstates 8
xc_kernel pbe
lr_solver lapack
lr_thr 1e-6
out_wfc_lr 1
abs_wavelen_range 50 300
abs_broadening 0.01
abs_gauge length

ATOMIC_SPECIES
H 1.008 H_ONCV_PBE-1.0.upf
NUMERICAL_ORBITAL
1_H_gga_100Ry_7au_2s1p.orb
LATTICE_CONSTANT
1.8897261258369282
LATTICE_VECTORS
8 0 0
0 8 0
0 0 8
ATOMIC_POSITIONS
Cartesian_angstrom
H
0
2
4 4 3.63 m 0 0 0
4 4 4.37 m 0 0 0

K_POINTS
0
Gamma
1 1 1 0 0 0

nocc 1是一条双占据空间轨道；nvirt 8选8条虚轨道，lr_nstates 8求8个激发态，它们与基态nbands 10含义不同。xc_kernel pbe指定响应核；lr_solver lapack直接构造并对角化这个很小的粒子–空穴矩阵。

abs_gauge length用于局域分子的跃迁偶极，abs_wavelen_range 50 300单位nm；abs_broadening 0.01是Ry，约0.13606eV，并不是0.01eV。它是复频率中的η，不能直接当作任意谱线的高斯标准差。

3 从一个更小的4虚轨道例开始#

在新附件目录、已分配的计算资源中运行：

module purge
module load abacus/3.10.1-p100
python3 -B setup.py
python3 -B run_case.py h2-lr-pbe4
head -n 4 work/cases/h2-lr-pbe4/OUT.tutorial/absorption.dat

先看running_scf.log中的基态收敛，再定位Excitation Energy (Ry, eV)跃迁表，以及后面的主要占据–虚轨道跃迁。表里包含原生激发能、x/y/z跃迁偶极和程序定义的振子强度；主要跃迁表只列出较大分量，不是完整激发矢量。

当前构建的完整激发矢量文件导出不可用，虽然有效INPUT可显示out_wfc_lr 1，也不要据此假定Excitation_Amplitude文件已经生成。本教程直接使用实际日志跃迁表和absorption.dat，不依赖缺失的文件，不把spectrum重读空文件写成可用操作。

4 用工具提取激发能并独立重建谱#

python - <<'PY'
import numpy as np
z=np.load('reference/analysis/response-trajectories.npz')
for n in ['h2-lr-pbe4','h2-lr-pbe8']:
    print(n,'原生激发能/eV',z[n+'__excitation_eV'])
    print('原生振子强度',z[n+'__native_oscillator'])
PY

本例PBE响应核的第一激发态：4虚轨道为14.1091eV，8虚轨道为14.0222eV。是整个有限模型的TDA激发，不是把Kohn–Sham HOMO–LUMO差当光学激发。

analyze_lr.py从原生表读取Ω和振子强度，用该版复频率分母((ω+iη)²−Ω²)及8π/V前因子独立重建absorption.dat。原生表有有限有效数字，因此重建允许相应舍入误差，不宣称逐字节相同。日志中振子强度定义和求和警示也按该版保留，没有重新缩放到一个看起来“满足求和规则”的值。

原生吸收文件是100个波长等距点，因此能量不等距且从高能向低能排列。需要能量积分时先按能量排序，并按实际网格积分，不要用一个固定ΔE乘所有点。

参考3.10.1线性响应参数与原生谱线和振子强度实现。继续线性响应数值控制。