Gaussian SCF收敛与DFT积分网格

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. 先固定方法、基组和几何#

本例统一 B3LYP/6-31G(d) 水分子单点，先比较积分网格，再在同一个 UltraFine 网格上比较常规 SCF、QC 与 XQC。这样不会把不同几何或基组造成的差别误当成收敛算法差别。

cat inputs/water-b3lyp-ultrafine/input.gjf
cat inputs/water-b3lyp-qc/input.gjf

常用 route 分别是：

#p B3LYP/6-31G(d) SCF=Tight Int=UltraFine NoSymm
#p B3LYP/6-31G(d) SCF=(QC,Tight) Int=UltraFine NoSymm

SCF=Tight 设置电子自洽条件；QC 选择二阶收敛程序。更换算法用于达到同一个电子态的收敛，不是更换密度泛函。

2. 比较Fine、UltraFine和SuperFine#

把三个独立输入的 Int= 分别写为 Fine、UltraFine、SuperFineGrid。实际数据如下：

本例差异约为微 Hartree 量级，属于这份固定水几何和 B3LYP 条件。DFT 网格误差不要求单调变化，不能根据能量谁更负判断网格准确性。做频率、弱相互作用或平坦势能面等工作时，还需针对目标性质比较合适的数值设置。

3. 实际触发一次XQC回退#

下面完整输入把常规阶段的循环数刻意设为1，让程序真正进入二阶步骤：

cat inputs/water-b3lyp-xqc/input.gjf

%chk=result.chk
%NProcShared=1
%Mem=1GB
#p B3LYP/6-31G(d) SCF=(XQC,Tight,MaxConventionalCycles=1) Int=UltraFine NoSymm

water-b3lyp-xqc

0 1
O 0.00000000 0.00000000 0.00000000
H 0.00000000 0.75700000 0.58700000
H 0.00000000 -0.75700000 0.58700000

MaxConventionalCycles=1 用于演示回退，平时不要为了“加速”照抄这个限制；普通使用可选择 SCF=XQC，让常规算法先尝试收敛，再按需要回退。

本例实际进入 l508 二阶程序，并有两条 SCF Done：

SCF Done:  E(RB3LYP) =  -76.3296623708
SCF Done:  E(RB3LYP) =  -76.4087380243

前一条是中间阶段，不能取第一条就当最终收敛结果。检查正常结束、最后一条 SCF 能量，并用 formchk 的 Total Energy 对照：

grep 'SCF Done' output.log
grep 'Normal termination' output.log
formchk result.chk result.fchk
grep '^Total Energy' result.fchk

4. 三种算法得到的最终能量#

本例三者在 1×10⁻⁷ Hartree 内一致。对困难体系，算法最终能收敛还不自动说明得到了所需自旋态或稳定波函数；应结合初始猜测、电子态和必要的稳定性分析。

更多背景可继续查阅 Gaussian 官方 SCF 和 积分网格 入口，以及其振动分析说明。本页数值直接取自配套实际输出。

几何与频率继续怎么做#

结构优化与构象区分电子SCF=Tight和几何Opt=Tight；IR/Raman与虚频用实际Hessian判断极小值和扭转鞍点。更细积分网格有助于数值稳定，但不能通过删除虚频或取绝对值代替重新检查几何。