ORCA 结构优化、频率与IR实操

下载完整输入、真实输出、模式动画与绘图脚本。解压进入资料包目录，先提取已有结果：

bash analyze.sh

图片在 reference/figures，能量与频率CSV在 reference/analysis。15个小分子条件和原生工具结果都随包提供；绘图调用集群ASE3.29.0环境的Python3.11、NumPy/SciPy。

重新计算整组，在新解压目录执行：

sbatch submit.slurm

结果写入 work，最后自动运行IR/模式工具、提取数据并画图。模板按本例实际平台分配P100主机中的1个CPU核心和1个GPU配额，ORCA本例只用CPU，显卡不参与计算，计费按所选GPU分区规则。常规ORCA生产任务优先通过 yskit 复制CPU模板，并按模板分配设置 %pal；当前资源状态以门户或Slurm为准。小分子串行样例用于学习，不用于评估56核并行效率。

ORCA为6.1.1官方x86-64 CPU预编译发行包；本体没有在集群重新源码编译，配套OpenMPI4.1.8由GNU13.3编译。本例每次只启动一份驱动、单进程单线程，%maxcore 500 为每进程MB参考值，不是严格峰值内存上限。

1 从乙醇初始结构开始#

本例乙醇9个原子，初始坐标来自ASE的分子结构库；使用B97-3c做局部优化和频率。B97-3c是一套带匹配基组与修正的复合方法，不要另随意加一套不匹配基组或重复色散项。

! B97-3c TightSCF TightOpt Opt Freq
%pal nprocs 1 end
%maxcore 500

* xyz 0 1
C 1.1681810000 -0.4003820000 0.0000000000
C 0.0000000000 0.5594620000 0.0000000000
O -1.1900830000 -0.2276690000 0.0000000000
H -1.9466230000 0.3815250000 0.0000000000
H 0.0425570000 1.2075080000 0.8869330000
H 0.0425570000 1.2075080000 -0.8869330000
H 2.1158910000 0.1448000000 0.0000000000
H 1.1285990000 -1.0372340000 0.8858810000
H 1.1285990000 -1.0372340000 -0.8858810000
*

Opt Freq按顺序先优化，再在优化后的结构上算频率；TightOpt是几何收敛设置，TightSCF是电子收敛设置，两者分别控制不同层次。

cp -r inputs/ethanol-optfreq ethanol
cd ethanol
module purge
module load orca/6.1.1
"$ORCA_ROOT/orca" case.inp > case.out
grep -A12 'Geometry convergence' case.out
grep -A35 'VIBRATIONAL FREQUENCIES' case.out

2 先确认得到局部极小点#

本次最终优化的最大梯度约6.22×10⁻⁵ Eh/Bohr，满足所用TightOpt阈值；随后频率中6个整体平移/转动模式为零，21个内部振动均为正值，最低约231.20 cm⁻¹。这是该方法下一个局部极小点，不代表已经搜索完乙醇全部构象或证明全局最低结构。

若出现真正虚频，要先看对应模式，再考虑更充分优化、合适积分网格及电子收敛；不要直接删掉虚频后报告稳定结构。

3 从实际输出生成IR曲线#

mkdir spectrum
cp case.out case.hess spectrum/
cd spectrum
"$ORCA_ROOT/orca_mapspc" case.out IR -x00 -x14000 -w20 -n4001
head case.out.ir.stk

这一条实际生成4001点、0–4000 cm⁻¹的曲线，-w20在本工具输出中是20 cm⁻¹ FWHM。case.out.ir.stk的第二列是原生eps列，主输出IR表的 Int 才是积分强度km/mol；不要把它们混成同一个量。原生 .dat 使用1000的显示基线，不是实测透射率；附件画吸收方向时明确使用 1000−显示纵列 再归一化。

本图没有做实验频率缩放或非谐修正。高频O–H模式约3756.18 cm⁻¹，只应当作本计算层级的谐近似结果。

4 导出模式动画#

继续在含 case.hess 的目录执行：

"$ORCA_ROOT/orca_pltvib" case.hess 6 26
ls case.hess.v*.xyz
head case.hess.v006.xyz

生成模式6和26的各20帧XYZ，可用OVITO等软件打开。模式号来自原生频率表，不是对任意分子固定写6和26。振幅仅用于显示，动画不是MD轨迹，也不是300 K热快照；首帧注释里的−1000是工具占位值，不能拿来当电子能量。

5 想拿到数表#

在资料包根目录：

head -25 reference/analysis/ethanol-frequencies-ir.csv

CSV保留21条频率和原生积分IR强度；.hess还包含真实Hessian与偶极导数。本例从这些数据独立重建了频率和IR强度，不依赖读图取数。

方法说明见ORCA振动教程。下一步阅读气相热化学。