【翻译】B3LYP 的计算误差问题

前言

info:在sobereva博客有篇文章题为《谈谈量子化学研究中什么时候用B3LYP泛函优化几何结构是适当的》可以读一读。

B3LYP 是目前广泛使用的泛函之一,但也有许多研究报告指出,在特定体系中的应用会出现误差。为了解决这些问题,已经开发出了许多替代泛函。例如,有一个名为 mPW1PW91 的泛函。

mPW1PW91 是以提高 B3LYP 的物理合理性为目标,基于 PW91 交换-相关泛函重新构建的。与 B3LYP 中 20% 的 HF(Hartree-Fock)交换混合比例不同,mPW1PW91 中这一比例为 25%

即使看完这些说明,恐怕也不会有人直接感叹“哇,mPW1PW91 太厉害了!”因为大多数人并不清楚,这种改变在实际计算中会带来多大的影响。

在实际研究中应用计算化学时,通常需要通过基准测试与实验数据进行对比,来判断某个泛函在特定体系中是否合理。本文将介绍一个关于三萜环化反应的基准测试,并以此作为 B3LYP 出现较大误差的实例。

【翻译】量子化学计算中使用的基函数的种类、选择方法及注意事项

前言

在量子化学计算中,通常会在输入文件(input file)的关键词区域指定所采用的计算水平。

诸如 B3LYP/6-31G(d)、MP2/6-31+G(d,p) 之类的表达方式,在论文中也经常可以看到。根据所研究体系的不同,选择合适的基组(基底函数,basis set)是非常关键的,因为这会对计算结果产生显著影响。

如果使用了不恰当的基组,计算结果可能会失去意义。此外,在投稿时可能会被审稿人指出问题,导致必须重新进行全部计算。

本文将总结如何选择最适合的基组。

【摘抄】使用基组和赝势

基本概念

基组(basis set)

在量子化学中,基组是指用来描述体系波函数的一组数学函数。

斯莱特型轨道(Slater-Type Orbital,STO)

指的是用斯莱特型函数模拟原子轨道,用斯莱特型函数构成的基组具有明确的物理意义,能够较好的描述电子云的特征,缺点是在计算多中心双电子积分时,计算量很大。

【摘抄】赝势基组的选用

赝势的主要用处在于:(1)将化学上不感兴趣的内层电子以等效的势场描述,从而不需要将内层电子显式地表达出来,大大节约了计算量 (2)可以等效地体现相对论效应。从第四周期相对论效应开始显现,但不考虑也问题不大;而对第五周期及之后相对论效应是不可忽视的,不考虑甚至结果定性错误。

使用赝势后,所得的轨道可以称为赝轨道。最低的一批赝轨道的能量和全电子计算时各个价层轨道能量接近或严格相一致;轨道形状上,在内层区域,这些赝轨道没有了实际价层轨道的节点,而在价层及靠外的区域(即大于cutoff半径rc的区域)赝轨道和实际轨道的形状是很接近或严格一致的。只要赝势设定得合适,靠赝轨道一般可以合理表现出实际价层轨道所展现的性质,如成键方式、价层区域电子密度分布等。