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【AMS】05.过渡态

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2020后ADF中关于过渡态的计算

1. 线性扫描

  • 将反应物放在一起，猜测反应路径，即一个反应物靠近另一个反应物的过程。可以是键长、键角、二面角等。

  • 设置扫描的范围和点数。

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    Task PESScan
    PESScan
        ScanCoordinate
            nPoints 10
            Angle 6 1 7 28.9  90
        End
    End

  • 如果是两个参数同时 变化，扫描10个点，则是：

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    Task PESScan
    PESScan
        ScanCoordinate
            nPoints 10
            Distance  1 2  0.8 1.1
            Distance  1 3  0.8 1.1
        End
    End

  • 计算完成后，基于能量最高的点再进行单点频率计算。

2. 频率计算

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Task SinglePoint
Properties
  NormalModes YES
END

3. 过渡态搜索

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Task TransitionStateSearch
GeometryOptimization
    InitialHessian
        Type FromFile
        File ../2_SinglePoint/XXXX.rkf
    End
End
Properties
    NormalModes Yes
End

通过PESScan计算

  1. 优化反应物和产物的结构

  2. 猜测反应路径进行PESScan扫描计算。

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    Task PESScan
    PESScan
        ScanCoordinate
            nPoints 10
            Distance 1 7 2.092447 3.0
            Distance 1 6 2.092447 3.0
        End
    End

    • 如果需要确认过渡态，每个点计算频率比较费时，因此可以仅仅确认每个点的特征

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      Properties
         PESPointCharacter Yes/No
      End

  3. 计算2中反应路径最高点，看是否有虚频

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    Task SinglePoint
    Properties
        NormalModes Yes
    End

  4. 对该点进行过渡态搜索，可以读3中的输出来进行计算。

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    Task TransitionStateSearch
    GeometryOptimization
        InitialHessian
            Type FromFile
            File ../3_step/OgF6_Scan.rkf
        End
    End
    Properties
       NormalModes Yes
    End

PESScan的详细设置

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PESScan
   CalcPropertiesAtPESPoints [True | False]
   FillUnconvergedGaps [True | False]
   ScanCoordinate
      nPoints integer
      Coordinate integer [x|y|z] (float){2}
      Distance (integer){2} (float){2}
      Angle (integer){3} (float){2}
      Dihedral (integer){4} (float){2}
      SumDist (integer){4} (float){2}
      DifDist (integer){4} (float){2}
   End
End

  • CalcPropertiesAtPESPoints：是否对 PES 的所有采样点执行额外的属性计算。默认为False。

  • FillUnconvergedGaps：在最初通过 PES 后，从收敛的相邻点重新开始未收敛的点。默认为Yes。

  • PESScan块中至少要包含一个ScanCoordinate块，指定要扫描的坐标和计算几何结构数目。默认情况下，沿每个扫描坐标（包括扫描的起点和终点）采样 10 个点。

    • 可以同时扫描两个坐标：

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      ScanCoordinate
         Distance  1 2  0.8 1.1
         Distance  1 3  0.8 1.1
      End

    • 也可以分别扫描两个坐标

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      ScanCoordinate
         Distance  1 2  0.8 1.1
         Distance  1 3  0.8 1.1
      End
      ScanCoordinate
         Angle  2 1 3  90 130
      End

通过NEB计算

  1. 优化反应物和产物的结构

  2. 给出初始结果和最终结构

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    # This is the initial system:
    System
       Atoms
          C   0.0000   0.0000   0.0000
          N   1.1800   0.0000   0.0000
          H   2.1960   0.0000   0.0000
       End
    End

    # This is the final system (note the header 'final' in the next line):
    System final
       Atoms
          C   0.0000   0.0000   0.0000
          N   1.1630   0.0000   0.0000
          H  -1.0780   0.0000   0.0000
       End
    End

    Task NEB
    Properties
        PESPointCharacter Yes
    End
    NEB
        Images 20
    End
    • 也可以用System intermediate给定第三个结构，来为过渡状态提供更好的近似值。此时最好将OptimizeEnds设置为False防止创建不平衡的反应路径。

NEB的相关选项

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NEB
   Climbing Yes/No
   ClimbingThreshold float
   Images integer
   InterpolateInternal Yes/No
   InterpolateShortest Yes/No
   Iterations integer
   Jacobian float        #固态 NEB
   MapAtomsToCell Yes/No  #固态 NEB
   OldTangent Yes/No
   OptimizeEnds Yes/No
   OptimizeLattice Yes/No  #固态 NEB
   Parallel
      nCoresPerGroup integer
      nGroups integer
      nNodesPerGroup integer
   End
   ReOptimizeEnds Yes/No
   Restart string
   Skewness float
   Spring float
End

  • Climbing：默认为yes。使用爬升图像算法将最高图像驱动到过渡状态。

  • ClimbingThreshold：默认为0.0Hartree/Bohr。如果 ClimbingThreshold > 0 并且最大垂直力分量高于阈值，则在此步骤不执行攀爬。此条目可用于在开始搜索过渡态之前获得对反应路径的更好近似。典型值为 0.01 Hartree/Bohr。

  • Images：默认为8，即NEB 图像的数量（不包括两端）

  • InterpolateInternal：默认为yes。初始 NEB 图像几何形状是通过在初始状态和最终状态之间进行插值来计算的。默认情况下，对于非周期系统，插值是在内部坐标系中执行的，但用户可以选择在笛卡尔坐标系中执行。对于周期系统，插值总是在笛卡尔坐标中完成。
  • InterpolateShortest：默认为yes。允许跨周期性单元边界进行插值。
  • Iterations：NEB 迭代的最大次数。默认值取决于自由度的数量（图像数量、原子数量、周期维度）。
  • OptimizeEnds：通过优化反应物和产品几何结构启动 NEB。默认为yes。
  • Restart：提供来自先前 NEB 计算的 ams.rkf 文件以重新开始。
  • ReOptimizeEnds：重新启动时重新优化反应物和产品的几何形状。默认为No。
  • Spring：力常数，单位是原子单位Hartree/Bohr^2，默认为1.0。
  • Skewness：图像移向或远离 TS 的程度，默认为1.0。大于 1 的值将确保图像集中在过渡状态附近。最佳值取决于路径长度、图像数量（更长的路径和更少的图像可能需要更大的 [Skewness]）

在每次迭代中，可以并行计算图像。并行执行通常是完全自动配置的，也可以通过Parallel指定：

  • nCoresPerGroup：每个工作组中的内核数。
  • nGroups：处理器组的总数。这是将并行执行的任务数。
  • nNodesPerGroup：每组中的节点数。

通过PESExploration计算

有用可戳(●ˇ∀ˇ●)