Gaussian 自由基、自旋与ECP实操

本篇使用鸢算科技集群实际运行的 Gaussian 16 C.01 AVX CPU 结果。程序为厂商预编译版本，按用户独立初始化，不使用公共 Gaussian module。示例采用单线程 CPU 后端，不作为 Intel Xeon 8173M 节点的性能基准。

下载15个条件的完整输入、原生数值摘录和绘图脚本，在新解压目录查看结果：

bash run.sh

这一步不调用 Gaussian，使用现有 ASE Python 环境里的 Matplotlib 作图，输出 analysis/ 和 figures/。results/*/output.log 是实际原生行摘录，native-fields.fchk.txt 是 formchk 的数值字段摘录，省略个人路径、其余正文和轨道系数；不是完整波函数文件。

需要重新计算时，先 yskit gaussian-init 准备自己的环境，再按 Gaussian提交示例在可用 CPU 分区提交。若已经获得 CPU 作业资源，可在另一份新解压目录执行 bash run.sh compute，依次原生运行全部15个条件、生成自己的检查点、提取和画图。不要在登录终端直接启动正式客户计算。参考输入每个1线程、1GB主机内存；提交整节点模板时需按实际分配调整线程数。

1. 先确定电荷和多重度#

OH 含9个电子，取中性双重态 0 2，对应5个 alpha、4个 beta。这里固定 O–H=0.97 Å，分别运行 UHF 和 UB3LYP，不包含结构优化。

cat inputs/oh-ub3lyp/input.gjf

%chk=result.chk
%NProcShared=1
%Mem=1GB
#p UB3LYP/6-31G(d) SCF=Tight Int=UltraFine NoSymm

oh-ub3lyp

0 2
O 0.00000000 0.00000000 0.00000000
H 0.00000000 0.00000000 0.97000000

U 表示非限制计算，alpha、beta 轨道可不同。对未知体系，先依据电子数和候选自旋态选择电荷/多重度，不要把所有含未成对电子的分子统一填成单重态。

2. 查看湮灭前后的自旋#

grep 'alpha electrons' output.log
grep 'S\*\*2 before' output.log

理想双重态 S=1/2，所以 S(S+1)=0.75。本例输出：

不要只看到 after=0.7500 就认为原始非限制波函数没有自旋污染；before 值、电子态与必要的波函数检查需要一起看。不同方法的绝对能量也不用于给自旋污染程度或方法准确性排名。

3. CuH的内置LANL2DZ#

第二个例子固定 Cu–H=1.46 Å、中性单重态，route 为：

#p B3LYP/LANL2DZ SCF=Tight Int=UltraFine NoSymm

Cu 和 H 的原子序数合计30；LANL2DZ 用 ECP 替代 Cu 的10个芯层电子，实际显式计算20个电子，即10个 alpha、10个 beta。ECP 中的有效核电荷与元素原子序数不是同一个字段，Cu 仍是原子序数29的铜。

4. 显式写出GenECP分区#

下面把同一套内置基组和 Cu 的 ECP 明确列出，便于以后理解多元素混合基组：

cat inputs/cuh-genecp/input.gjf

%chk=result.chk
%NProcShared=1
%Mem=1GB
#p B3LYP/GenECP SCF=Tight Int=UltraFine NoSymm

cuh-genecp

0 1
Cu 0.00000000 0.00000000 0.00000000
H 0.00000000 0.00000000 1.46000000

Cu H 0
LANL2DZ
****

Cu 0
LANL2DZ

坐标后的 Cu H 0 指定这两种元素的基组；**** 结束基组段。空行以后，Cu 0 指定有效芯势作用于 Cu。不要遗漏这两部分之间的空行，也不要只写 Gen 却遗漏需要的 ECP。

5. 对照电子数、基函数和能量#

formchk result.chk result.fchk
grep 'Number of electrons' result.fchk
grep 'Number of basis functions' result.fchk
grep '^Total Energy' result.fchk

两种写法得到相同结果，说明本例显式分区与内置选择对应。ECP 改变了显式处理的芯层和哈密顿量，不能把它的绝对总能量与另一种全电子计算直接相减作为物理能量差。

迁移到自己的重元素体系时，先确认基组/ECP 对该元素的覆盖，再核对总电荷、多重度和实际 alpha/beta 电子数。继续看方法与基组及检查点读回。官方关键词入口：Gen、Pseudo；具体数值来自本页实际算例。