Gaussian H₂解离与多参考实操

下载完整输入、实际数值、六份轨道/密度网格和绘图脚本，在新目录解压后：

bash run.sh

先用已有结果生成 analysis/、figures/，无需运行Gaussian。程序使用集群ASE 3.29 Python环境中的NumPy、Matplotlib。

要重新计算，先在自己的账号初始化Gaussian：

yskit gaussian-init

按Gaussian输入与CPU提交准备CPU作业，把执行命令设为 bash run.sh compute。已经取得CPU作业资源并加载个人环境后，也可在另一份新解压目录执行：

bash run.sh compute

它依次运行29份Gaussian输入、formchk和6次cubegen，随后从自己的 work/ 分析和画图。客户正式计算应在分配到的CPU资源内执行。已有 work/analysis/figures 时另解压一份；只有完整 work/ 而没有分析、图片时，可用 bash run.sh analyze 接着处理。

本例采用Gaussian 16 C.01 AVX厂商预编译CPU程序，个人初始化，没有公共Gaussian module；没有自编译器/MPI版本需要套用。输入每份1线程、1GB，按实际作业资源调整。本例不代表GPU或Intel Xeon 8173M节点性能。

1. 先选一个能看清区别的小体系#

本例固定H₂核间距，分别计算RHF、UHF与CASSCF(2,2)，使用同一STO-3G基组、电荷0、名义单重态。8个距离为0.60、0.74、1.00、1.50、2.00、2.50、3.00、4.00 Å，每个方法都逐点实际计算。另算同基组的中性双重态H原子，作为两个独立原子的能量参照。

这是固定核坐标的电子结构曲线，不包含几何优化、零点振动或温度修正。H₂的STO-3G只有两个空间基函数，便于理解断键时单参考描述的变化；正式键能需要更大基组、基组重叠误差和热修正等检查。

2. RHF：先计算，再检查波函数稳定性#

inputs/h2-rhf-4p0/input.gjf完整输入：

%nprocshared=1
%mem=1GB
%chk=result.chk
#p RHF/STO-3G SCF=Tight Stable NoSymm

Finite active-space and spin practical h2-rhf-4p0

0 1
H 0.000000000000 0.000000000000 -2.000000000000
H 0.000000000000 0.000000000000 2.000000000000

两个H位于z=±2 Å，因此核间距4 Å。SCF=Tight控制SCF；Stable检查轨道稳定性，不会优化核坐标。RHF中α与β电子共用空间轨道。

单独运行一份输入时，先取得CPU资源、加载个人环境，再进入新的输入目录：

cd inputs/h2-rhf-4p0
mkdir -p scratch
export GAUSS_SCRDIR="$PWD/scratch"
g16 < input.gjf > output.log
formchk result.chk result.fchk
grep 'SCF Done' output.log
grep -i 'instability\|stable' output.log

正常结束不等于波函数一定稳定。本例RHF在0.60、0.74和1.00 Å稳定，在1.50 Å及更远距离出现向UHF变化的自旋相关不稳定性。这里的取样不能确定精确临界键长。

3. UHF：允许两个自旋通道使用不同轨道#

inputs/h2-uhf-4p0/input.gjf：

%nprocshared=1
%mem=1GB
%chk=result.chk
#p UHF/STO-3G SCF=Tight Guess=Mix Stable=Opt NoSymm

Finite active-space and spin practical h2-uhf-4p0

0 1
H 0.000000000000 0.000000000000 -2.000000000000
H 0.000000000000 0.000000000000 2.000000000000

Guess=Mix帮助打破受限初猜的对称性，Stable=Opt在发现电子波函数不稳定时优化轨道。这里的Opt修饰Stable，不是分子几何优化。名义多重度仍为1，但UHF解不一定是纯单重态，需继续看自旋污染。

4. CASSCF：在选定活性空间处理不同电子组态#

inputs/h2-casscf-4p0/input.gjf：

%nprocshared=1
%mem=1GB
%chk=result.chk
#p CASSCF(2,2)/STO-3G SCF=Tight Pop=NaturalOrbital NoSymm

Finite active-space and spin practical h2-casscf-4p0

0 1
H 0.000000000000 0.000000000000 -2.000000000000
H 0.000000000000 0.000000000000 2.000000000000

CASSCF(2,2)表示2个活性电子、2个活性空间轨道；并非2个原子或2个自旋轨道。本例选定空间恰好覆盖STO-3G H₂的两个空间轨道，因此能展示该有限基组内的完整组态关联。它不代表基组极限，也不包含一般大分子的全部动态关联。

5. 使用一致原子参照计算相对能#

H原子的完整输入：

%nprocshared=1
%mem=1GB
%chk=result.chk
#p UHF/STO-3G SCF=Tight NoSymm

Finite active-space and spin practical hydrogen-atom

0 2
H 0.000000000000 0.000000000000 0.000000000000

原子为1电子双重态 0 2。实际能量为−0.466581850384 Hartree。相对能计算：

ΔE(r) = [E(H₂,r) − 2E(H)] × 27.211386245988 eV/Hartree。

4 Å处的实际结果：

长键长RHF与两个独立原子相差约8.66 eV；UHF和CASSCF接近此基组下的分离原子极限。这里的很小负残差是有限距离/有限基组结果，不是实验解离能。三个方法比较时保持同一几何、基组、核电荷和参照，不能把不同方法任意混在一个反应能式子里。

6. 得到曲线后看什么#

ls analysis
ls figures

analysis/RESULTS.json保存每一点能量、电子数、稳定性和自然占据；figures/含高清曲线。示例没有进行BSSE校正或计算振动零点能，曲线深度不等于气相实验D₀。

继续用自旋与稳定性诊断UHF，用活性空间与轨道网格看自然占据及轨道形状。