CP2K RPA交换修正实操

在直接RPA之后，CP2K提供SOSEX、AXK等交换修正。本篇固定水分子，实际运行两个修正及默认张量/HFX两条路径，学习输入位置、分项读取和最终能量组合。

下载完整输入、实际日志和分析绘图脚本，解压进入run.sh目录。CP2K2026.2 P100双精度，GNU13.3、MPICH5.0.1、CUDA12.9、OpenBLAS0.3.33、ScaLAPACK2.2.3；分析ASE3.29.0。

1 提交与目录#

sbatch submit.slurm

核时模板一张P100、一个CPU核，每个条件一个MPI进程、一个OpenMP线程。整组运行11个条件及分析：10个交换修正/辅助表示条件，加上RI-RPA教程的既有同条件RPA参照；公开流程会重算参照，它不计作新的科学条件。

套餐用户用yskit生成所属分区，在已分配资源中保留bash run.sh。多卡只使用已分配、CUDA可见且CPU亲和允许的资源，每卡同时一个任务。不要在登录节点计算，已有work重新解压。inputs可修改；reference是本文实际输出；work是新结果。

整组包含多种数值设置；只先跑一个可在sbatch后传CASES.json中的名称。例如：

sbatch submit.slurm water-rpa-sosex-q16-hfx

单条件得到自己的表格行，完整对照图需要运行整组。

2 固定参考与方法#

同一实际优化水几何、14 Å非周期WAVELET盒，PBE/GTH-PBE、DZVP-GTH轨道基组、RI_DZVP-GTH辅助基组，300/50 Ry网格、EPS_SCF=1E-7。四个条件均用16点Clenshaw–Curtis积分，没有额外叠加RSE。

这是一组固定小模型的输入与数值对照，不把下表当成已经收敛的反应能或方法准确度排名。定量应用还需检查目标能量差、辅助表示、积分点和网格。

3 完整SOSEX输入：HFX路径#

完整input.inp：water-rpa-sosex-q16-hfx#

&GLOBAL
  PRINT_LEVEL MEDIUM
  PROJECT RI_RPA_H2O
  RUN_TYPE ENERGY
  &TIMINGS
    THRESHOLD 0.01
  &END TIMINGS
&END GLOBAL

&FORCE_EVAL
  METHOD Quickstep
  &DFT
    BASIS_SET_FILE_NAME ../DATA/HFX_BASIS
    POTENTIAL_FILE_NAME ../DATA/GTH_POTENTIALS
    &MGRID
      CUTOFF 300
      REL_CUTOFF 50
    &END MGRID
    &POISSON
      PERIODIC NONE
      POISSON_SOLVER WAVELET
    &END POISSON
    &QS
      EPS_DEFAULT 1.0E-12
      EPS_PGF_ORB 1.0E-18
      METHOD GPW
    &END QS
    &SCF
      EPS_SCF 1.0E-7
      MAX_SCF 100
      SCF_GUESS ATOMIC
      &PRINT
        &RESTART OFF
        &END RESTART
      &END PRINT
    &END SCF
    &XC
      &WF_CORRELATION
        MEMORY 200.
        NUMBER_PROC 1
        &INTEGRALS
          ERI_METHOD GPW
          &WFC_GPW
            CUTOFF 300
            REL_CUTOFF 50
          &END WFC_GPW
        &END INTEGRALS
        &RI_RPA
          &EXCHANGE_CORRECTION SOSEX
            USE_HFX_IMPLEMENTATION TRUE
          &END EXCHANGE_CORRECTION
          RPA_NUM_QUAD_POINTS 16
          &HF
            FRACTION 1.0000000
            &SCREENING
              EPS_SCHWARZ 1.0E-8
              SCREEN_ON_INITIAL_P FALSE
            &END SCREENING
          &END HF
        &END RI_RPA
      &END WF_CORRELATION
      &XC_FUNCTIONAL PBE
      &END XC_FUNCTIONAL
    &END XC
  &END DFT
  &SUBSYS
    &CELL
      ABC [angstrom] 14.0 14.0 14.0
      PERIODIC NONE
    &END CELL
    &KIND H
      BASIS_SET DZVP-GTH
      BASIS_SET RI_AUX RI_DZVP-GTH
      POTENTIAL GTH-PBE-q1
    &END KIND
    &KIND O
      BASIS_SET DZVP-GTH
      BASIS_SET RI_AUX RI_DZVP-GTH
      POTENTIAL GTH-PBE-q6
    &END KIND
    &TOPOLOGY
      COORD_FILE_FORMAT xyz
      COORD_FILE_NAME H2O_gas.xyz
      &CENTER_COORDINATES
      &END CENTER_COORDINATES
    &END TOPOLOGY
  &END SUBSYS
&END FORCE_EVAL

EXCHANGE_CORRECTION子块的参数选择SOSEX；USE_HFX_IMPLEMENTATION明确选择路径。AXK完整输入在inputs/water-rpa-axk-q16-hfx/input.inp，对应段为：

&EXCHANGE_CORRECTION AXK
 USE_HFX_IMPLEMENTATION TRUE
&END EXCHANGE_CORRECTION

要运行默认张量路径，把对应输入中的开关设为FALSE。资料包已分别准备四个完整文件，不需要手动改名猜测哪个结果属于哪条路径。

4 看原生修正项，再看最终总能#

grep -E 'SCF run converged|RI-RPA energy|RI-RPA-SOSEX energy|EXX energy|ENERGY\|' work/cases/water-rpa-sosex-q16-hfx/output.log
grep -E 'RI-RPA energy|RI-RPA-AXK energy|ENERGY\|' work/cases/water-rpa-axk-q16-hfx/output.log

相同辅助基组下，这组结果的两条路径并不数值等价。不要把这个开关看成可随意切换而结果必定不变的速度设置；同一反应或构型能量差应固定实现路径。也不能按总能更低，就认定某条路径更准确。

5 正确的能量账目#

本组最终能量按以下方式组合：E(total)=E(PBE)−E(XC,PBE)+E(EXX)+E(corr,RPA)+E(exchange correction)。SOSEX或AXK的原生修正项是其中最后一项。

同一个条件的最终ENERGY已包含对应修正，不要再加一次；SOSEX和AXK是这里分别运行的两个方法选择，不把它们的两个数值直接叠到同一个结果上。脚本用每一行自己的RPA底座核对完整总能，避免跨条件混算。

6 用于自己的体系#

先选定方法、实现和数值参数，再对所有构型使用一致定义。选择若干代表构型检查参数对目标能量差的影响；不能把张量路径的反应物与HFX路径的产物组合。本文仅单点，CP2K2026.2对beyond-RPA解析梯度有额外限制，这些输入不直接当作结构优化或MD模板。

提取、检查与重画#

module load ase/3.29.0
python analyze.py work
python plot_results.py work
python check_results.py work
cat work/analysis/rpa-exchange.csv
ls work/figures

CSV每行给出SCF、PBE交换关联、EXX、RPA相关、交换修正和最终总能，单位Hartree；JSON保存各实现对照。只看本文数据时将work换成reference。

扩展定义与梯度条件见CP2K2026.2 RPA说明。继续看辅助基组与实现选择。