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orca输入文件格式记录

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By Bane Dysta
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orca输入文件格式记录

输入文件结构

  • $new_job类似于Gaussian的–link1–，使用%base "job1"来重定向输出文件名称
  • 使用#开启注释，另一个#关闭注释继续输入。
    1

    TolE=1e-5;    #Energy conv.#  TolMaxP=1e-6; #Density conv.#
  • 几何结构从文件末尾如下格式的块读取： ```
    • CroodType Charge Multiplicity … coordinate specifications … * ``` CroodType可以是xyz(笛卡尔坐标)，internal(内坐标)，gzmt(Gaussian Z矩阵内坐标)。一般用xyz格式，就是最常见那种Atom x y z，具体格式在手册中有介绍。

    也可以从xyz文件中读取：

    1
2

    * xyzfile Charge Multiplicity Filename

关键词

”!”起头的行表示本行为关键词行，可以用关键词(空格隔开)来快速调用一些常用的设置。完整的关键词表在ORCA手册上可以找到。列举一些笔者常用的：

Runtypes：

  • OPT：类似Gaussian的opt，只是不能使用opt=xxx设置
  • OptTS：TS法寻找过渡态
  • ScanTS：结合柔性扫描和过渡态搜索
  • IRC：类似Gaussian的IRC
  • SurfCrossOpt：搜索势能面交叉点
  • CI-OPT：搜索圆锥交叉点
  • FREQ/NumFreq：计算解析频率/数值频率
  • NEB/NEB-TS/NEB-CI：使用NEB插值计算最小能量路径。可以结合过渡态搜索和圆锥交叉计算。
  • GOAT：全局几何优化

Methods(半经验，DFT与波函数方法)

  • B3LYP/G：使用与Gaussian一样的B3LYP
  • PBE0/BHANDHLYP/M062X/wB97X-D4/wB97M-V/CAM-B3LYP：一些常用的杂化泛函与范围分离泛函
  • DSD-PBEP86/wB2GP-PLYP/RSX-QIDH：一些常用的双杂化泛函与范围分离双杂化泛函。DSD-PBEP86不包括D3BJ校正
  • HF-3c/B97-3c/R2SCAN-3c/PBEh-3c/wB97X-3c：Grimme的组合方法，比较便宜的选择。
  • CCSD/CCSD(T)/DLPNO-CCSD/DLPNO-CCSD(T)/EOM-CCSD/STEOM-CCSD/STEOM-DLPNO-CCSD：一些耦合簇方法
  • NEVPT2/RI-NEVPT2/DLPNO-NEVPT2/CASPT2/RI-CASPT2：一些多参考方法。不建议用这个，优先考虑用MOKIT黑箱化计算
  • XTB：使用grimme的gfn-xtb系列方法，需要先将bin/xtb复制到ORCA可执行文件目录并重命名为otool_xtb。Windows还需要同时复制libiomp5md.dll

Basis sets

  • def2-SVP/def2-TZVP/def2-TZVP(-f)/def2-TZVPP/def2-QZVP/def2-QZVPP：def系列基组，可以用ma-前缀或D后缀加弥散。def2-TZVP(-f)移除了主族元素的f极化
  • cc-pVDZ/cc-pVTZ/cc-pVQZ：相关一致性基组，可以用aug-加弥散
  • Def2/J/Def2/JK：RI计算中适用于所有def2类型基组的辅助基组，Def2/JK比Def2/J大
  • Def2-SVP/C/Def2-TZVP/C/Def2-TZVPP/C：更大的辅助基组。
  • SARC/J：适用于全电子相对论计算的辅助基组。

Others

  • CPCM(solvent)：使用CPCM溶剂。SMD溶剂需要在%solvents里设置
  • D4/D3BJ/D3ZERO：DFT-D校正
  • TIGHTSCF/VERYTIGHTSCF：SCF收敛限设置
  • (NO)DIIS/KDIIS/(NO)TRAH/(NO)SOSCF/(NO)LSHIFT：SCF收敛策略设置
  • TIGHTOPT/VERYTIGHTOPT：OPT收敛限设置
  • MOREAD：从文件中读取波函数，必须搭配%moinp "myorbitals.gbw"使用(没有END)
  • AUTOSTART/NOAUTOSTART：在计算单点能时，默认会尝试从inp同名gbw中读取波函数，使用NOAUTOSTART关闭
  • (NO)UseSym：开启/关闭对称性
  • LoosePNO/NormalPNO/TightPNO：切换DLPNO类方法的精度
  • (NO)RI/RIJCOSX/RI-JK：开启RI加速。RI默认是RIJ
  • DKH2/X2C：开启相对论计算

Blocks

精细控制计算设置，非必须，若无需详细控制程序行为则只使用关键词也可以完成计算设置。东西非常多，

杂项

混合基组

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# CuCl$_4$
! HF 
%basis  basis  "SV" # 先初始化基组为SV
        newGTO Cl "DUNNING-DZP" end # 把氯原子改成SVP
        end
* xyz -2 2
  Cu  0     0     0  newGTO "TZVPP" end # 把铜改成TZVPP
  Cl  2.25  0     0
  Cl -2.25  0     0
  Cl  0     2.25  0
  Cl  0    -2.25  0
*

SF-TDDFT找MECI

输入文件示例：

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! ci-opt WB97X-D3 def2-SVP rijcosx def2-SVP/c miniprint 
%maxcore 4000
%pal
 nproc 40
end
%tddft
 sf true # 使用SF-TDDFT。
 nroots 5
 iroot 2 # SF-TDDFT的基态是1号，第一激发态是2号。
 jroot 1
end
%geom
 maxstep 0.05 # 经验表明，优化交叉点，步长不能太长，否则容易振荡。
 trust -0.05
end
*xyzfile 0 3 CASprobe.XYZ # SF-TDDFT 的参考态必须设为高自旋态。我的体系是单重态，所以参考态要设为三重态（应该也可以是五重或更高，没试

CASSCF

DLPNO-NEVPT2 示例：

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! DLPNO-NEVPT2 cc-pVTZ cc-pVTZ/JK  miniprint noautostart
%maxcore 12500
%pal nprocs 8 end
%casscf
nel 6
norb 6
nroots 4
weights[0] = 1,1,0,0
end
%moinp "gs_CN2_NEVPT2.gbw"
*xyzfile 0 1 abs_benzene-kun-ToneTo2CN-probe.xyz

DFT计算

  • 纯泛函默认开启RIJ、使用def2/J辅助基组，杂化泛函默认开启RIJCOSX(NOCOSX可以关闭这个近似)。小体系RIJK表现优于RIJCOSX。

wB97M(2)的使用方法：

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*xyz 0 1
  H 0.0 0.0 0.0
  F 0.0 0.0 0.9
*
%compound
  Variable EwB97MV, EwB97M2; # Output variables
  # Step 1: wB97M-V calculation to obtain the orbitals
  New_Step
    ! wB97M-V SCNL def2-TZVP
  Step_End
  # Step 2: single iteration with the wB97M(2) functional 
  #         + MP2 correlation to get the final energy
  ReadMOs(1);
  New_Step
    ! wB97M(2) SCNL NoFrozenCore def2-TZVP def2-TZVP/C
    %scf
      MaxIter    1
      IgnoreConv 1 # prevent the "not converged" error
    end
  Step_End
  Read EwB97MV = DFT_Total_En[1];     # wB97M-V energy
  Read EwB97M2 = MP2_Total_Energy[2]; # wB97M(2) energy
End

XTB计算

方法关键词

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! XTB0  # for GFN0-xTB. Synonym: GFN0-XTB
! XTB1  # for GFN1-xTB. Synonym: GFN-XTB
! XTB2  # for GFN2-xTB. Synonym: GFN2-XTB
! XTBFF # for GFN-FF. Synonym: GFN-FF

隐式溶剂模型

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! ALPB(solvent) # use ALPB
! DDCOSMO(solvent) # use ddCOSMO
! CPCMX(solvent) # use CPCMX

Coupled Cluster计算

可以用于RHF或UHF参考，手册有示例。

CCSD

正版耦合簇能处理的体系非常小，400以上就比较费劲了。

  • 默认冻芯，关键词! (No)FrozenCore

ORCA的CCSD有解析梯度：

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! CCSD cc-pVDZ tightSCF opt noautostart miniprint nopop
%maxcore  3000
%pal nprocs 32 end
*xyzfile 0 1 YMT.xyz

DLPNO-CCSD

  • 适用于闭壳层以及高自旋开壳层体系，但不适用于自旋极化体系，后者应当采用UHF-LPNO-CCSD或Mk-LPNO-CCSD。
  • 必须使用RI近似，要提供一个/C辅助基组
  • 通过(Loose,Normal,Tight)PNO关键词来更改精度

可以处理较大的体系：

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! cc-pVTZ cc-pVTZ/C DLPNO-CCSD TightSCF
%maxcore  3000
%pal nprocs 32 end

STEOM-DLPNO-CCSD

高精度计算激发能的方法，对双激发和三激发有一定描述。对内存和IO的需求很大，对高于1500个基函数的分子，计算消耗指数增长。基组用到def2-TZVP(-f)就够

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! STEOM-DLPNO-CCSD RIJK def2-TZVP(-f) def2/JK def2-TZVP/C noautostart miniprint nopop
%maxcore  6250
%pal nprocs  16 end
! CPCM(Ethanol)
%mdci
nroots 3
DoSolv true
end
* xyzfile -1 1 YMT-.xyz

SOC计算

输入文件示例：

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! WB97X-D3 def2-SVP miniprint tightSCF
%pal
nprocs 32
end
%maxcore 3000
%tddft
nroots 5
dosoc true
tda false
printlevel 3
end

* xyzfile 0 1 coumarin.xyz

MM

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! L-Opt
! MM
%mm
  ORCAFFFILENAME "CHMH.ORCAFF.prms"
end
*pdbfile 0 1 CHMH.pdb

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! L-OptH
%mm
  ORCAFFFILENAME "CHMH.ORCAFF.prms"
end
*pdbfile 0 1 CHMH.pdb
%geom
 Frags
  2 {8168:8614} end     # First the fragments need to be defined
  3 {8615:8699} end     #  Note that all other atoms belong to
  4 {8700:8772} end     #  fragment 1 by default
  5 {8773:8791} end     #
 RelaxFrags {2} end     # Fragment 2 is fully relaxed
 RigidFrags {3 4 5} end # Fragments 3, 4 and 5 are treated as rigid bodies each.
end

###

double check

http://bbs.keinsci.com/forum.php?mod=viewthread&tid=49196&highlight=DSD

NEB插值

用来找最低能量路径的算法，多用于过渡态，输入文件

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! NEB-TS PBEh-3c # 粗算时可以使用组合方法
%maxcore 3000
%pal
 nproc 32
end
%neb 
 NEB_END_XYZFILE "IM.xyz" # 末态结构
 NEB_TS_XYZFILE "TS-C2.xyz" # 猜测的TS结构，不用很精确，会随着计算一起优化
end
%tddft # 可以用于激发态时能面任务
 NRoots 1 # 计算几个激发态
 IRoot 1 # Follow第几个根，即在选择Sn势能面上进行计算
end

* XYZFILE 0 1 Raw.xyz # 初态结构

振动分辨

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!PBE0 DEF2-SVP TIGHTSCF ESD(fluor) CPCM(ETHANOL)
%maxcore  3125
%pal nprocs   64 end
%TDDFT  NROOTS  5
        SROOT   1
        TROOT   2
        TROOTSSL -1
        DOSOC   TRUE
END
%ESD    ISCISHESS       "td_SRR.hess"
        ISCFSHESS       "triplet2_SRR.hess"
        USEJ            TRUE
        DOHT            TRUE
        TEMP            298
        DELE            11548
END
* XYZFILE 1 1 triplet2_SRR_vibronic.xyz
Quantum Chemistry, ORCA
ORCA
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