ORCA子空间重新正则化
用实际PM和Boys轨道演示orca_blockf，恢复指定占据或虚轨道块的Fock对角形式。
阅读本篇目录
局域化后的轨道便于讨论局部化学图像，但通常不再使Fock矩阵对角化。如果下一步需要某个轨道子空间内的正则轨道，可以使用 orca_blockf 对指定块重新对角化。本例实际演示两组占据空间和一组完整虚空间的操作。
1. 本例已有文件#
下载ORCA局域轨道实例包，按局域化轨道实操运行完整流程。环境为ORCA6.1.1官方预编译版、配套OpenMPI4.1.8，本例使用1个CPU进程。源波函数是HF/def2-SVP固定几何水分子。
ls work/seed/case.gbw
ls work/PM/localized.gbw work/FB/localized.gbw work/PM-virtual/localized.gbw
ls work/block-PM-occupied/recanonical.gbw
目录中的文件对应：
| 操作 | 原局域轨道 | 重新对角化范围 |
|---|---|---|
block-PM-occupied |
PM占据轨道 | 0–4 |
block-FB-occupied |
FB占据轨道 | 0–4 |
block-PM-virtual |
PM完整虚轨道 | 5–23 |
这里使用的是保持完整正交性的普通PM/FB旋转；不要把价层虚轨道文件中未整理的整个虚空间直接代入。
2. 命令的五个参数#
程序接受：
orca_blockf Fock.gbw Orbitals.gbw Output.gbw firstOrb lastOrb
第一个文件提供用于重建Fock算符的正则轨道及能量；第二个提供要重新处理的轨道。后面依次为输出文件、首轨道、末轨道，范围包含两端。
两个输入必须来自匹配的几何、AO基组和电子结构背景。本例第一个是原单点结果，第二个是它直接产生的PM/FB局域轨道。显式填写新的输出文件名，保留原文件。
3. 实际运行PM占据空间例子#
module purge
module load orca/6.1.1
mkdir block-demo
cp work/seed/case.gbw block-demo/canonical.gbw
cp work/PM/localized.gbw block-demo/localized.gbw
cd block-demo
"$ORCA_ROOT/orca_blockf" canonical.gbw localized.gbw occupied.gbw 0 4 > block.out
ls occupied.gbw
grep -A 6 'Local Eigenvalues' block.out
cd ..
本次原生输出的占据块能量为：
| 轨道 | 能量（eV，按原生输出） |
|---|---|
| 0 | −559.094922 |
| 1 | −35.848219 |
| 2 | −19.090545 |
| 3 | −15.454606 |
| 4 | −13.548891 |
orca_blockf的这张打印表使用eV；本包JSON中的轨道能量使用hartree。读取数据时先确认单位，不要直接把两列混在一起比较。
完整虚空间的手动操作是：
cp work/PM-virtual/localized.gbw block-demo/virtual-localized.gbw
cd block-demo
"$ORCA_ROOT/orca_blockf" canonical.gbw virtual-localized.gbw virtual.gbw 5 23 > virtual.out
ls virtual.gbw
cd ..
这次只对角化5–23的目标块；不要把“处理某个子块”理解成自动处理所有其他轨道。
4. 如何确认结果#
左图是PM占据轨道表示下的Fock非对角元；中图是本次重新正则化后的相同范围，非对角元接近数值零。两图使用相同色标，便于直接比较。目标子空间和电子密度保持不变，变化的是在该空间中选取的轨道表示。
bash analyze.sh work
本包核对完整轨道正交性、占据密度、目标块的非对角元、本征值以及子空间投影。重新对角化不是结构优化，也不是重新计算一种更低的分子总能量。对HF/RHF之外的方法或其他轨道空间，先确认对应理论是否允许所选旋转。
接口见ORCA子空间正则化工具说明。