CP2K水分子单点、网格检查与结构优化

下载小体系输入、真实结果与绘图数据，在自己的目录解压：

unzip small-examples-*.zip
cd small-examples-20261027

1 复制水分子输入#

本例使用CP2K 2026.2 CPU构建、PBE、DZVP-MOLOPT-SR-GTH基组和GTH-PBE赝势；采用GPW方法、12 Å非周期盒和MT泊松求解器。本CPU构建使用Intel oneAPI icx/ifx 2024.2、Intel MPI 2021.13和MKL 2024.2。模块已配套运行库与数据文件，使用时加载对应版本，不混入其他MPI。

mkdir -p work/cp2k-water
cp cp2k/water-cutoff-400/input.inp work/cp2k-water/
cd work/cp2k-water
module load cp2k/2026.2-8173m

2 完整输入与关键参数#

&GLOBAL
 PROJECT water
 RUN_TYPE ENERGY_FORCE
 PRINT_LEVEL MEDIUM
&END GLOBAL
&FORCE_EVAL
 METHOD QS
 &DFT
  BASIS_SET_FILE_NAME BASIS_MOLOPT
  POTENTIAL_FILE_NAME GTH_POTENTIALS
  &MGRID
   CUTOFF 400
   REL_CUTOFF 50
  &END MGRID
  &SCF
   EPS_SCF 1.0E-7
   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 6.000 6.000 6.000
   H 6.000 6.757 6.587
   H 6.000 5.243 6.587
  &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

CUTOFF以Ry计，主要控制密度网格；REL_CUTOFF控制高斯函数分配到各层网格的精度。提高CUTOFF不等于提高原子轨道基组质量。EPS_SCF=1E-7控制电子自洽，ENERGY_FORCE输出单点能与力。

3 提交、检查和比较网格#

通过yskit复制CP2K 2026.2对应分区模板，将输入命名为 input.inp。以下为核时CPU模板；CPU分区须处于可用状态。

cp /public/slurm_scripts/hs_user/cp2k/2026.2/8173m/sub_cp2k_2026.2_8173m.sh .
sbatch sub_cp2k_2026.2_8173m.sh
grep "SCF run converged" cp2k.out
grep "ENERGY|" cp2k.out
tail -12 cp2k.out

本例单点采用相同坐标、基组、盒长和REL_CUTOFF，只改200、400、600 Ry。数值不是单调变化，200 Ry与600 Ry偶然更接近，不能只按某两个点接近就宣布收敛；还应继续增加截断能并分别检查基组、盒长和力。

4 再做原子位置优化#

下载包 cp2k/water-opt/input.inp 改为 RUN_TYPE GEO_OPT，并增加：

&MOTION
 &GEO_OPT
  OPTIMIZER BFGS
  MAX_ITER 80
  MAX_FORCE 3.0E-4
  RMS_FORCE 2.0E-4
 &END GEO_OPT
&END MOTION

这里优化原子位置，盒子保持12 Å；晶胞优化需要单独使用CELL_OPT并设置适合周期体系的边界条件。MAX_FORCE单位为Hartree/Bohr。

grep "GEOMETRY OPTIMIZATION COMPLETED" cp2k.out
grep "Maximum gradient" cp2k.out
ls water-FINAL-*.xyz

本例优化后总能为 -17.219840679335 Hartree。用于新的体系时先确认电荷、多重度、周期性和赝势价电子数，再扩大尺寸。

重新绘制下载包中的数据图#

回到解压包根目录执行，图片输出到新的 replot 目录：

module load ase/3.29.0
python plot.py

脚本使用NumPy和Matplotlib，参考原始数值在 results.json，轨迹和工具输出在相应软件目录。