Gaussian周期边界与k点实操

下载21份完整输入、实际轨迹、CSV与6张图的绘图脚本。在新目录只放本次下载的一个ZIP，然后：

unzip gaussian-dynamics-pbc-practical*.zip -d gaussian-dynamics
cd gaussian-dynamics
bash run.sh

文件名末尾可带下载版本和哈希，星号同时兼容这类文件名。默认入口使用随附实际数值生成 analysis/ 与 figures/，不启动量子化学计算。Python环境需要NumPy、Matplotlib、ASE；集群默认使用ASE 3.29.0的环境，其他电脑可设置 PYTHON=python3 bash run.sh。

重新计算前，先完成个人有权使用的Gaussian环境初始化：

yskit gaussian-init

按Gaussian输入与CPU提交申请CPU资源，加载个人环境后检查入口。下面的计算命令均应在已分配的CPU资源内执行：

command -v g16
command -v formchk

本例使用个人Gaussian16 C.01 AVX厂商预编译CPU程序，每例1核心、1GB，没有公共Gaussian module或自行编译的MPI版本。bash run.sh compute 会顺序重算全部21例；单例可用 bash compute.sh 案例名。它不会替你申请队列资源，已有同名work目录时会拒绝覆盖。

1. 周期方向由TV向量定义#

Gaussian输入中的一个、两个或三个TV向量分别定义一维、二维或三维周期。坐标与TV默认以Å表示。PBC关键词控制算法选项；加入TV本身才是启用周期边界的关键。

本例使用每个原胞含两个H的稀疏分子阵列，HF/STO-3G，H—H初始距离0.74Å。它用于演示输入，不是实际二维氢材料或三维晶体性质预测。

下面是沿x周期、6Å矢量、17个k点的完整输入：

%nprocshared=1
%mem=1GB
%chk=result.chk
#p HF/STO-3G Force PBC=(NKPoint=17) SCF=Tight NoSymm

Small actual H2 periodic-cell and sampling teaching model

0 1
H 0.000000000000 0.000000000000 0.000000000000
H 0.740000000000 0.000000000000 0.000000000000
TV 6.000000000000 0.000000000000 0.000000000000

bash compute.sh h2-pbc-k17-cell6
grep -A 9 'Generated k point mesh' work/h2-pbc-k17-cell6/output.log
grep 'SCF Done' work/h2-pbc-k17-cell6/output.log

实际日志使用17个k点；同胞9点对照的能量也在资料包中。不能用“文件里写了NKPoint”代替读取最终实际网格。

2. 比较晶胞长度与k点，不只看正常结束#

本例6Å的GammaOnly结果与其他控制明显不同，不作为收敛参考。应按目标模型检查晶胞和采样，不把单一Γ点当作通用设置。增大稀疏阵列晶胞会减弱镜像影响，但不能由一张小模型表断言真实材料已收敛。

3. 二维和三维的完整输入#

二维，沿x和y各12Å：

%nprocshared=1
%mem=1GB
%chk=result.chk
#p HF/STO-3G Force PBC=GammaOnly SCF=Tight NoSymm

Actual small periodic cell dimension teaching

0 1
H 0.0 0.0 0.0
H 0.74 0.0 0.0
TV 12.0 0.0 0.0
TV 0.0 12.0 0.0

三维，再增加沿z的TV：

%nprocshared=1
%mem=1GB
%chk=result.chk
#p HF/STO-3G Force PBC=GammaOnly SCF=Tight NoSymm

Actual small periodic cell dimension teaching

0 1
H 0.0 0.0 0.0
H 0.74 0.0 0.0
TV 12.0 0.0 0.0
TV 0.0 12.0 0.0
TV 0.0 0.0 12.0

bash compute.sh h2-pbc-gamma-2d-cell12
bash compute.sh h2-pbc-gamma-3d-cell12
grep 'PBC vector' work/h2-pbc-gamma-3d-cell12/output.log

实际二维、三维能量分别约-1.116759182130和-1.116759155610Hartree。这些不同维数的分子阵列仅供学习周期输入；真实薄层的真空、真正三维材料的晶胞及采样需要分别处理。

4. 受力与输出读取#

还对一维6Å模型整体平移，能量保持一致；沿第二个H的x方向正负位移0.001Å，中心差分力为约-0.026117887082Ha/Bohr，原生力为约-0.026118808300Ha/Bohr，差约9.21×10⁻⁷Ha/Bohr。这个力/能量一致性检查不等于k点或晶胞已经收敛。

head -n 12 analysis/periodic-controls.csv
grep -E 'alpha electrons|beta electrons|Sum of Mulliken charges' work/h2-pbc-k17-cell6/output.log

本例日志为1个alpha电子和1个beta电子，整体中性。周期k采样路径的部分FCHK计数字段与分子路径存在差异，读取时结合原生日志、自旋分量和电荷分析核对；不要只看一个孤立字段就改体系电荷。

适用范围及TV输入见Gaussian PBC手册。