ABACUS TDOFDFT：基态密度到实时传播

TDOFDFT通过传播Madelung波函数，得到随时间变化的电子密度。本篇使用本集群实际运行的Al₄周期胞与一个运动的裸质子，展示先求宿主基态密度 → 读取同一密度初始化 → 实时传播 → 取回离子轨迹和电子密度。

这是4.05 Å小胞、20阿秒的操作例。周期有限尺寸、带电背景、初始插入瞬态和短时间都明显影响结果，不能直接给出材料的收敛电子阻止本领。

下载本篇输入、脚本与参考数据。

unzip abacus-tdofdft-wave681-*.zip
cd abacus-tdofdft
bash results.sh
bash plot.sh

以上仅读取已完成的参考数据并重绘，未启动新计算。reference-data/是本集群实算参考，重新执行的原生结果放在work/、提取的数值和图片放在analysis/。每次完整重算使用新解压的目录，避免覆盖已有结果。 本组使用独立CPU环境。先编译一次，再在本资料包目录选择它：

bash use-toolchain.sh ../abacus-ml-env/toolchain

程序为固定ABACUS 3.11.0-beta10；编译器icx/icpx/ifx 2024.2、Intel MPI 2021.13、顺序MKL 2024.2，链接现有PyTorch 2.8.0+cu126，本文实际使用CPU。公共3.10.1模块保持原用途。计算脚本通过cpu-8173m申请56核独占整节点，小例内部采用少量进程，仍按整节点计费；本篇不作CPU节点性能对照。CPU资源暂不可用时可先查看参考数据。

1. 先看结构#

四个Al位于FCC常规胞，全部固定；质子从空隙位置出发，沿z方向初速度1.3原子单位。质量输入为1.008 u，实际速度约28.43997 Å/fs，初始动能约42.250 keV。

cat inputs/td-CD/STRU

ATOMIC_SPECIES
Al 26.981539 al.lda.lps blps
H 1.008 H.pz-vbc.UPF 1/r

LATTICE_CONSTANT
7.653393854986138

LATTICE_VECTORS
1 0 0
0 1 0
0 0 1

ATOMIC_POSITIONS
Direct
Al
0
4
0 0 0 0 0 0 v 0 0 0
0 0.5 0.5 0 0 0 v 0 0 0
0.5 0 0.5 0 0 0 v 0 0 0
0.5 0.5 0 0 0 0 v 0 0 0
H
0
1
0.5 0.5 0.5 1 1 1 v 0 0 1.3

Al采用局域blps势，H采用1/r点电荷势。总电子数固定为12，即四个Al的价电子数；质子不额外加入一个电子。由此形成周期带电小模型，要和宏观中性靶材区分。Al的冻结标记为0 0 0，H为1 1 1。

2. 先做Al₄基态#

cat inputs/gs/INPUT

INPUT_PARAMETERS
suffix td
calculation scf
esolver_type ofdft
basis_type pw
ntype 1
nspin 1
nelec 12
ecutwfc 44
scf_nmax 160
symmetry 0
cal_force 1
cal_stress 1
pseudo_rcut 16
of_kinetic tf+
of_method tn
of_conv energy
of_tole 1e-6
of_full_pw 1
of_full_pw_dim 1
out_chg 1 12
nbspline 10
nx 45
ny 45
nz 45

采用TF+VW动能泛函、44 Ry截断及45³ FFT网格，能量停止阈值of_tole=1E-6。这里的TF+VW是本篇指定的无轨道近似，不等同于普通Kohn–Sham结果。

out_chg 1 12要求输出CUBE密度并保留12位小数精度参数，方便积分和比较。三维网格显式固定，避免不同阶段自动选择不同网格。

3. 再做实时传播#

cat inputs/td-CD/INPUT

INPUT_PARAMETERS
suffix td
calculation md
esolver_type tdofdft
basis_type pw
ntype 2
nspin 1
nelec 12
ecutwfc 44
scf_nmax 160
symmetry 0
cal_force 1
cal_stress 1
pseudo_rcut 16
of_kinetic tf+
of_method tn
of_conv energy
of_tole 1e-6
of_full_pw 1
of_full_pw_dim 1
out_chg 1 12
nbspline 10
of_cd 1
of_mcd_alpha 1
init_vel 1
init_chg file
read_file_dir ./
md_restart 0
md_type nve
md_nstep 41
md_dt 0.0005
md_dumpfreq 1
md_restartfreq 0
dump_force 1
dump_vel 1
md_out_force 0
nx 45
ny 45
nz 45

init_chg file读取前一步的chg.cube，read_file_dir ./指向当前目录。程序进入每个实时目录前，配套脚本会复制宿主基态密度。init_vel 1读取STRU中的速度；md_dt=0.0005 fs，即0.5 as。

md_nstep=41实际保存编号0–40的41帧，最后时刻0.020 fs，即20 as。td-zero只输出一帧，保留相同程序和网格下的初始密度参考。

4. 一次提交完整流程#

sbatch job.slurm

脚本内部依次完成gs → td-zero → td-noCD → td-CD → td-MCD → 数据提取，每个原生计算使用2个MPI进程、每进程1线程。

ls work/gs/OUT.td/chg.cube
head -n 12 work/td-CD/OUT.td/MD_dump
cat analysis/TDOFDFT-summary.csv

MD_dump写出位置Å、力eV/Å、速度Å/fs。日志中的通用“SCF IS CONVERGED”文字不能作为“每个实时步都重新进行Kohn–Sham自洽”的依据；本例的求值器为tdofdft，具体传播方式由该接口决定。

下一篇电流修正与数据提取说明CD/MCD参数、原生辅助工具和电子密度图。方法与流程参考固定ABACUS源码中的TDOFDFT例子。

参考数据下载#

• TDOFDFT-charge-output.csv
• TDOFDFT-density-XZ.csv
• TDOFDFT-proton-timeseries.csv
• TDOFDFT-summary.csv