CP2K 短脉冲与实时电子传播

实时传播从自洽基态出发，对电子施加一个短脉冲，再记录时间依赖偶极矩。它不等于原子分子动力学：本篇固定原子核，只传播电子，先用0.4 fs小例子学习输入、输出和步长比较。

下载完整输入、实际日志、数据和绘图脚本，解压后进入run.sh所在目录。采用鸢算科技CP2K2026.2 P100双精度构建（GNU13.3、MPICH5.0.1、CUDA12.9、OpenBLAS0.3.33、ScaLAPACK2.2.3），每次一个MPI、四个OpenMP线程、一张P100；分析ASE3.29.0。

1 提交这一组#

sbatch submit.slurm pulse

这是核时P100模板。套餐用户用yskit选择所属分区并生成自己的脚本，保留已分配资源中的 bash run.sh pulse。不要在登录节点直接计算。同组条件依次使用这一张GPU；若分开提交，每个条件请新解压一份，避免覆盖已有work。

脚本按“读取固定结构 → 自洽基态 → 激发或传播 → 提取 → 画图”运行。inputs可修改，reference保存本文真实结果，work是你的新结果。

2 完整输入：0.005 fs、80步#

完整input.inp：water-rt-quarterstep#

&GLOBAL
 PROJECT excitation
 RUN_TYPE RT_PROPAGATION
 PRINT_LEVEL MEDIUM
&END GLOBAL
&FORCE_EVAL
 METHOD QS
 &DFT
  &REAL_TIME_PROPAGATION
   APPLY_DELTA_PULSE .TRUE.
   DELTA_PULSE_DIRECTION 1 0 0
   DELTA_PULSE_SCALE 0.0001
   EPS_ITER 1.0E-9
   EXP_ACCURACY 1.0E-10
   INITIAL_WFN SCF_WFN
   LEN_REP .TRUE.
   MAT_EXP PADE
   MAX_ITER 50
   PERIODIC .TRUE.
   PROPAGATOR ETRS
  &END REAL_TIME_PROPAGATION
  &PRINT
   &MOMENTS ON
    PERIODIC .FALSE.
    REFERENCE COM
    &EACH
     MD 1
    &END EACH
   &END MOMENTS
  &END PRINT
  BASIS_SET_FILE_NAME ../DATA/BASIS_MOLOPT
  POTENTIAL_FILE_NAME ../DATA/GTH_POTENTIALS
  &QS
   EPS_DEFAULT 1.0E-12
  &END QS
  &MGRID
   CUTOFF 600
   REL_CUTOFF 50
  &END MGRID
  &SCF
   EPS_SCF 1.0E-8
   MAX_SCF 100
   SCF_GUESS ATOMIC
   &OT
    MINIMIZER DIIS
    PRECONDITIONER FULL_SINGLE_INVERSE
   &END OT
  &END SCF
  &XC
   &XC_FUNCTIONAL PBE
   &END XC_FUNCTIONAL
  &END XC
  &POISSON
   PERIODIC NONE
   POISSON_SOLVER MT
  &END POISSON
 &END DFT
 &SUBSYS
  &CELL
   ABC 12 12 12
   PERIODIC NONE
  &END CELL
  &COORD
  O         5.9999999937        6.0000000000        5.9993806921
  H         5.9999999971        6.7653454490        6.5954871263
  H         5.9999998457        5.2346546213        6.5954872165
  &END COORD
  &KIND O
   BASIS_SET DZVP-MOLOPT-SR-GTH
   POTENTIAL GTH-PBE-q6
  &END KIND
  &KIND H
   BASIS_SET DZVP-MOLOPT-SR-GTH
   POTENTIAL GTH-PBE-q1
  &END KIND
 &END SUBSYS
 &PRINT
  &FORCES ON
  &END FORCES
 &END PRINT
&END FORCE_EVAL
&MOTION
 &MD
  ENSEMBLE NVE
  STEPS 80
  TIMESTEP [fs] 0.005
 &END MD
&END MOTION

RUN_TYPE RT_PROPAGATION使用ETRS传播，矩阵指数PADE；INITIAL_WFN SCF_WFN先计算自洽基态，所以不需要别人提供电子检查点。TIMESTEP [fs] 0.005显式写单位，80步共0.4 fs。

LEN_REP TRUE与 PERIODIC TRUE组合选择这里的长度表象脉冲；这个PERIODIC是传播脉冲实现的开关，不是把分子盒改成周期晶体。CELL与POISSON仍为PERIODIC NONE，使用MT孤立边界。DELTA_PULSE_DIRECTION为x，DELTA_PULSE_SCALE为脉冲尺度，不是持续外场的V/Å。

3 四个实际条件#

比较步长时保持总传播时间相同；比较脉冲时保持时间步和其他参数相同。直接把20步改成40步但不改时间步，会改变观察窗口，不能当作同一时刻的步长比较。

4 读取偶极与传播收敛#

grep -E 'Real time propagation step|CONVERGENCE REACHED|Max deviation from orthonormalization' work/cases/water-rt-quarterstep/output.log
grep -A 1 'Dipole moment' work/cases/water-rt-quarterstep/output.log
cat work/analysis/water-rt-quarterstep.csv

CSV先给时间fs和偶极Debye，再给扣除初始偶极后除以脉冲尺度的响应。H₂O有永久偶极，必须先扣掉初值；否则把静态偏置也画成了脉冲响应。

在相同采样时刻，双脉冲尺度归一化后的x响应最大差约 0.00665%，本例处于线性响应范围。0.02与0.01 fs的曲线最大差约 8.01%；0.01与0.005 fs约 2.88%，因此把0.005 fs作为本篇主曲线，并保留粗步长作比较。这是有限时窗的配对检查，不能泛化为所有体系都适合该步长。

5 为什么这里不画吸收峰#

0.4 fs窗口的基本能量分辨率约为h/T= 10.34 eV，不足以分辨本例相距不到1 eV的电子激发。零填充只能使曲线更密，不能补足真实传播时长。要做吸收谱，应延长时间窗、检查时间步、脉冲方向/大小、窗函数与基组，再进行相应傅里叶分析；本篇只报告真实时间曲线，不把短窗口变成定量吸收谱。

这里适用的是固定核线性电子响应；核动力学、非绝热过程与自旋轨道耦合需要对应的方法和设置。

提取与重画#

module load ase/3.29.0
python analyze.py work
python plot_results.py work
ls work/analysis
ls work/figures

只看本文数据，把work换成reference。CSV保留原始单位，JSON区分电子激发和时间响应；图均由这些实际数值生成。改变体系后，先检查基组、赝势、几何、电子自旋、边界与SCF，再讨论激发态结果。

设置说明见CP2K2026.2 REAL_TIME_PROPAGATION手册。