Gaussian NTO轨道与网格实操

下载12份完整输入、原生数值、NTO网格与绘图脚本，在新目录解压后：

bash run.sh

先从已有数据生成 analysis/、5张 figures/，不启动Gaussian。绘图使用集群ASE 3.29 Python环境中的NumPy和Matplotlib。

需要重算时，先准备个人Gaussian环境：

yskit gaussian-init

按Gaussian输入与CPU提交申请CPU资源，将执行命令设为 bash run.sh compute。已经获得CPU作业资源并加载个人环境后，可在另一份新解压目录执行：

bash run.sh compute

程序依次计算12份输入、运行formchk、导出两份NTO cube，再从自己的 work/ 分析和绘图。包内包含一次激发态数值频率，会比单点明显耗时；只想学习取数与画图，用默认 bash run.sh即可。客户正式计算应在分配的CPU资源内运行。

已有 work/analysis/figures 时另解压一份；只有完整 work/ 而没有分析和图目录时，用 bash run.sh analyze继续。Gaussian为16 C.01 AVX厂商预编译CPU版本，个人初始化，无公共Gaussian module；没有自编译器/MPI版本需要套用。参考输入每份1线程、1GB，按分配资源调整，不作GPU或Intel Xeon 8173M性能数据。

1. NTO帮助看清一次电子跃迁#

自然跃迁轨道（NTO）用hole/particle轨道对整理所选态的跃迁信息。它不同于普通基态HOMO/LUMO图，也不同于CASSCF自然轨道的电子占据。应先指定目标激发根，再看该态的NTO。

本例选择气相甲醛S₀几何上的第一单重激发根，先确认实际TD能量，再导出原生NTO网格。

2. 完整NTO输入#

inputs/formaldehyde-nto-root1/input.gjf：

%nprocshared=1
%mem=1GB
%chk=result.chk
#p B3LYP/6-31+G(d) TD=(NStates=6,Root=1) Pop=(NTO,SaveNTO) Density=(Transition=1) SCF=Tight Int=UltraFine NoSymm

Excited-state practical formaldehyde-nto-root1

0 1
C -0.007130284873 -0.000000000000 -0.000000060851
O 1.202106712924 0.000000000000 0.000000019859
H -0.592488215837 0.941400775921 0.000000020496
H -0.592488215837 -0.941400775921 0.000000020496

Pop=(NTO,SaveNTO)计算并保存NTO，Density=(Transition=1)指定第1个态的跃迁密度用于相应分析。SaveNTO会改变这份检查点中保存的轨道表示，因此本例用独立目录计算，没有覆盖普通TD任务的检查点。

在分配的CPU资源和个人Gaussian环境中：

cd inputs/formaldehyde-nto-root1
mkdir -p scratch
export GAUSS_SCRDIR="$PWD/scratch"
g16 < input.gjf > output.log
formchk result.chk result.fchk
grep 'Saving Alpha spin NTOs' output.log
grep 'eigenvalues' output.log

本例保存的主导hole为MO 8、particle为MO 9，来自本次实际输出；别的分子/目标态不能直接沿用这个编号。

3. 明确网格坐标、单位与输出格式#

准备相同的Bohr网格：

cat > grid.in <<'GRID'
-1 -6.0 -6.0 -4.0
-64 0.25 0.0 0.0
48 0.0 0.25 0.0
32 0.0 0.0 0.25
GRID
cubegen 0 MO=8 result.fchk hole.cube -1 h < grid.in
cubegen 0 MO=9 result.fchk particle.cube -1 h < grid.in
head -n 6 hole.cube

第一行的负IFlag选择文本输出，第二行的负N₁选择输入坐标为Bohr；这两个标志含义不同。实际输出为64×48×32点、步长0.25 Bohr、原点(−6,−6,−4) Bohr。Gaussian cube文件中的坐标与场值仍采用原子单位，不能把自定义输入的Å/Bohr规则直接套成输出cube文件的符号规则。格式可查Gaussian作者工具手册存档，当前C.01写法以本例实际命令为准。

整包 bash run.sh compute已经执行这两次cubegen，无需重复生成；若单独手工做，请选新的输出文件名。

4. 读取轨道切片#

图取最邻近z≈0.39688 Å的网格层，红/蓝为波函数相反符号，整体翻号不改变物理性质。幅度单位Bohr⁻³ᐟ²，坐标转换为Å；双线性显示只用于平滑画面，原生网格数值未改。NTO展示一次跃迁的轨道对，不直接给出跃迁概率或电子寿命。

5. TD权重不能当作电子占据#

本例最大原始配对权重约1.00123475，略大于1；全部配对原始权重之和约1.001446。TD响应的这组权重不应直接按CASSCF占据数或概率解释。本图另定义“归一化份额=该权重/本次实际权重总和”，主导对约99.9789%，只是对这组权重的相对组成描述。

右图由这份FCHK的state-1一阶密度减去SCF密度生成，两者电子数都为16。它不是左侧NTO权重，也不是日志中针对跃迁密度打印的Mulliken原子电荷。对于跃迁密度的population输出，不应把相应“电荷”直接当成分子真实的基态原子电荷。

6. 网格和已有数据怎么复用#

ls reference/nto-cubes
ls figures

公开包提供两份自己生成的实空间cube、选定基组/密度与权重字段及绘图脚本；不包含程序、CHK、完整FCHK或AO到MO展开系数矩阵。cube中的固定注释“MO coefficients”不改变其后数据是空间网格场值的事实。

默认 bash run.sh可以从公开数据复画。完整FCHK的AO/MO正交与逐点轨道模平方核对在原生计算时完成；公开默认入口复用这些源指标，不会从缺少MO系数的摘录重新完成该项计算。附带AO核对脚本仅覆盖本例实际s/p/6d Cartesian基组；其他基组应另外确认。

要做自己的轨道图，请从自己的CHK运行formchk和cubegen，不要把字段摘录当作完整FCHK输入。流程为：确定目标根→计算并保存NTO→检查轨道编号/权重→导出同一明确网格→查看轨道形状→结合激发能与振子强度解释。