CP2K全电子GAPW核磁：H₂基组对照

基态SCF和响应方程都收敛，仍不能保证NMR屏蔽已经对基组收敛。本篇用同一个H₂结构，在CP2K原生GAPW全电子路径下改变基组，直接观察结果变化。

1. 下载与看对照#

下载完整输入、原生结果和绘图包，保存为example.zip：

python3 -m zipfile -e example.zip .
cd cp2k-linear-response-nmr
bash results.sh
bash read.sh
bash plot.sh

这些命令直接读取随包实算结果；reference-results/存原生输出，data/存CSV，figures/存图片。read.sh和plot.sh默认使用集群ASE环境的Python，无需重新计算。自己的Python须安装NumPy、ASE和Matplotlib，可用YS_ANALYSIS_PYTHON指定解释器。

2. 完整输入#

两H位于z=±0.373334 Å，键长0.746668 Å；5 Å周期盒、BLYP、POTENTIAL ALL。以6-311G**为例：

cat inputs/H2-GAPW-6311Gpp/input.inp

&GLOBAL
  PREFERRED_DIAG_LIBRARY SL
  PRINT_LEVEL LOW
  PROJECT h2-gapw-1
  RUN_TYPE LINEAR_RESPONSE
&END GLOBAL

&FORCE_EVAL
  &DFT
    BASIS_SET_FILE_NAME EMSL_BASIS_SETS
    POTENTIAL_FILE_NAME POTENTIAL
    &MGRID
      CUTOFF 100
    &END MGRID
    &QS
      METHOD GAPW
    &END QS
    &SCF
      EPS_SCF 1E-6
      MAX_SCF 100
    &END SCF
    &XC
      &XC_FUNCTIONAL BLYP
      &END XC_FUNCTIONAL
    &END XC
  &END DFT
  &PROPERTIES
    &LINRES
      EPS 1E-6
      MAX_ITER 100
      PRECONDITIONER FULL_ALL
      &CURRENT
        ORBITAL_CENTER COMMON
      &END CURRENT
      &LOCALIZE
        MAX_ITER 100
      &END LOCALIZE
      &NMR
      &END NMR
    &END LINRES
  &END PROPERTIES
  &SUBSYS
    &CELL
      ABC 5.0 5.0 5.0
    &END CELL
    &COORD
      H   0.000000    0.000000    0.373334
      H   0.000000    0.000000   -0.373334
    &END COORD
    &KIND H
      BASIS_SET 6-311G**
      HARD_EXP_RADIUS 0.8
      LEBEDEV_GRID 10
      POTENTIAL ALL
      RADIAL_GRID 20
    &END KIND
  &END SUBSYS
&END FORCE_EVAL

QS/METHOD GAPW和KIND/POTENTIAL ALL选择本例全电子计算，EMSL_BASIS_SETS提供相应Gaussian基组。HARD_EXP_RADIUS、RADIAL_GRID与LEBEDEV_GRID控制本例核区处理。这里径向20、角网格10和100 Ry截断只用于短教学任务，不能作为精确NMR设置推荐。

3. 提交并比较三个基组#

本例使用cp2k/2026.2-8173m CPU版，Intel oneAPI2024.2/Intel MPI构建。新计算通过Slurm提交：

sbatch run.slurm

脚本申请56核整节点，实际2个MPI进程、每进程1线程，顺序运行5个小条件；不要直接在登录节点进行这些电子结构计算。结束后：

bash read.sh work analysis-new
bash plot.sh analysis-new figures-new work

grep 'BASIS_SET ' inputs/H2-GAPW*/input.inp
grep 'SCF run converged' reference-results/H2-GAPW*/native.log
cat data/CP2K-NMR-isotropy-anisotropy.csv

同一计算中两个H的张量在输出精度内相同，x/y方向等价；三个条件的基态和响应都收敛。

4. 为什么3-21G*的值差这么大#

这里3-21G*对H没有极化函数；对于沿z放置的H₂，本次输出σzz为0，σxx和σyy非零。它是观察基组限制的对照，不能因程序正常完成就拿来解释真实H₂的精确屏蔽。

6-31G**和6-311G**包含H的极化函数，结果明显改变。三套结果尚未构成完整基组、网格和周期尺寸收敛序列，也没有计算实验参照化学位移；不把23.6219 ppm称作收敛极限。

5. 自己的体系怎么改#

先选择与元素相符的全电子基组和可用赝势/全电子方法，再逐项增大基组与核区网格，固定几何和其他参数比较同一原子的屏蔽。不要同时改变结构、泛函、盒子和基组后把全部差别归因于基组。

head data/CP2K-NMR-shielding-tensors.csv
head data/CP2K-NMR-linear-solver-residuals.csv

一个CSV保留全部张量分量，另一个保留每次实际响应求解的末步残差。来源为CP2K官方GAPW NMR例子，本例更改收敛参数并增加两套基组。