BSSE коррекция

вопросы строения молекул и квантовой химии
1177
Сообщения: 148
Зарегистрирован: Пн июн 19, 2006 11:49 am

BSSE коррекция

Сообщение 1177 » Вт дек 18, 2007 5:21 pm

Проблема:
Хотел научиться делать Basis Set Superposition Error [BSSE] коррекцию (через counterpoise procedure [CP]) в Gaussian'е. Использовал димеры H2O и HCl. Но что-то не так. Видимо, не все понял... :(
Может ли кто-нибудь помочь разобраться? [файлы в обменнике] Спасибо.

Nik®
Сообщения: 92
Зарегистрирован: Пн апр 09, 2007 11:58 pm

Сообщение Nik® » Ср дек 19, 2007 4:47 pm

может быть вот так стоит попробовать:
#p b3lyp/6-31g(d) counterpoise=2 opt

BSSE [2+4] cycloadduct

0 1
6 3.56203 -0.1225 0.86501 1
6 2.75684 -0.91883 1.85669 1
6 1.84151 -0.11131 2.43662 1
6 1.96555 1.23946 1.87642 1
6 2.95094 1.25243 0.94977 1
1 3.52658 -0.55182 -0.14754 1
1 4.62861 -0.10207 1.13908 1
1 2.9203 -1.97038 2.06279 1
1 1.12855 -0.39483 3.20409 1
1 1.36113 2.08805 2.18226 1
1 3.28774 2.10648 0.37323 1
7 1.11969 -2.09759 -1.40787 2
6 0.22683 -1.02269 -0.97516 2
6 0.58217 0.26384 -1.25005 2
6 -0.28696 1.31212 -0.83928 2
6 -1.52261 1.12671 -0.15317 2
6 -1.87094 -0.23419 0.11681 2
6 -1.01996 -1.31687 -0.27913 2
8 2.16934 -1.77384 -1.96991 2
8 0.75816 -3.24787 -1.18741 2
7 -1.53773 -2.47472 0.07422 2
8 -2.71957 -2.20091 0.70064 2
7 -2.93677 -0.74708 0.72999 2
7 -0.11931 2.63188 -0.98611 2
8 -1.29955 3.24631 -0.37473 2
7 -2.12099 2.26185 0.1197 2
8 0.74079 3.34224 -1.46444 2
8 -3.93736 -0.30119 1.24849 2
1 1.50599 0.47707 -1.77192 2

gjf файл также в обменнике

Nik®
Сообщения: 92
Зарегистрирован: Пн апр 09, 2007 11:58 pm

Сообщение Nik® » Ср дек 19, 2007 5:38 pm

вот так можно для вашего примера:
#p b3lyp/6-31g(d) counterpoise=2 opt

BSSE H2O dimer

0 1
8 0.127362000 -0.048044000 0.230062000 1
1 -0.053031000 0.902999000 0.125170000 1
1 0.029909000 -0.504819000 -0.624804000 1
8 -1.174890000 -1.242405000 2.490616000 2
1 -0.524885000 -1.552531000 3.145256000 2
1 -0.705981000 -0.853060000 1.720161000 2

1177
Сообщения: 148
Зарегистрирован: Пн июн 19, 2006 11:49 am

Сообщение 1177 » Ср дек 19, 2007 8:54 pm

Спасибо, Nik®! Работает... :)

VTur
Сообщения: 7357
Зарегистрирован: Пт авг 31, 2007 1:36 pm

Сообщение VTur » Чт дек 20, 2007 5:19 pm

Я думал, что BSSE корректна определена для HF. Вопрос, определена ли она для DFT?

1177
Сообщения: 148
Зарегистрирован: Пн июн 19, 2006 11:49 am

Сообщение 1177 » Чт дек 20, 2007 7:05 pm

В B3LYP расчет идет...

Darth Vasya
Сообщения: 426
Зарегистрирован: Чт май 24, 2007 1:54 pm

Сообщение Darth Vasya » Пт дек 21, 2007 9:15 pm

VTur писал(а):Я думал, что BSSE корректна определена для HF. Вопрос, определена ли она для DFT?
А с чего бы ей не быть корректно определённой?
Плохо зная грамматику, сложные конструкции должны употребляться с осторожностью.

1177
Сообщения: 148
Зарегистрирован: Пн июн 19, 2006 11:49 am

Сообщение 1177 » Сб дек 22, 2007 4:21 pm

:arrow:
Последний раз редактировалось 1177 Вт дек 25, 2007 10:12 pm, всего редактировалось 1 раз.

VTur
Сообщения: 7357
Зарегистрирован: Пт авг 31, 2007 1:36 pm

Сообщение VTur » Вс дек 23, 2007 3:18 pm

Darth Vasya писал(а):
VTur писал(а):Я думал, что BSSE корректна определена для HF. Вопрос, определена ли она для DFT?
А с чего бы ей не быть корректно определённой?
Излагаю свои мысли о BSSE, поэтому на окончательную истину не претендую. Постараюсь дать физическую картину.
В простом HF электроны не скоррелированы и не взаимодействуют, поэтому при расчёте уравновешивающей ошибки, когда второй базис располагается вблизи молекулы на мнимых атомах, часть молекулы описывается лучше, а часть хуже. Похоже на метод ONIOM. Единственно нужно помнить, что геометрия мономера в этом случае есть не геометрия уединённого мономера, а его геометрия в димере (хотя расчёт идет только для одного вещества). Если геометрии значительно различаются, то расчёт BSSE некорректен (это обязательно нужно проверять перед расчётом BSSE). Улучшение описания хотя бы части молекулы увеличивает точность расчётов.
В DFT ситуация другая. Пусть на мнимых атомах за пределами мономера расположен такой же базис. Если коэффициенты перед орбиталями или в матрице плотности малы, то нечего и огород городить. Функции гауссовы и спадают очень быстро. Если же коэффициентами пренебречь нельзя, тогда возникает странная ситуация. В B3LYP есть слагаемые, содержащие как электронную плотность (ро), так и градиенты электронной плотности (delta po). Сама "ро" нормирована на число электронов. Расположение еще одного базиса с ненулевыми орбитальными коэффициентами приведёт к тому, что электронная плотность окажется значительно деформированной - вытянутой в направлении мнимых атомов. А условие нормировки приведёт к уменьшению "ро" в пределах молекулы. Это будет расчёт совсем другой системы, причём очень неравновесной. Модель будет соответствовать мономеру во внешнем эл. поле. Поэтому я и задал вопрос.
Вообще, для системы скоррелированных электронов увеличение размера "ро" даст уменьшение межэлектронного отталкивания и уменьшение кинетической энергии (которые могут друг друга не сбалансировать). Отсюда и изменение в энергии.
Для post-HF методов с использованием возбуждённых состояний, если не принять каких-то неординарных мер, ситуация будет еще интереснее. Возникнет ненулевая заселённость на несуществующих орбиталях мнимых атомов. Далее эти несуществующие электроны будут возбуждаться и возникнут возбуждённые состояния мнимых атомов. Хотя математически всё гладко. Добавление новых орбиталей в систему должно не повышать её энергию - обычно понижает.
Поэтому, я считаю, что уравновешивающий способ оценки BSSE определён только для настоящего HF. В остальных методах нужно включать все поляризационные и диффузные функции и проблем не должно возникать.

Darth Vasya
Сообщения: 426
Зарегистрирован: Чт май 24, 2007 1:54 pm

Сообщение Darth Vasya » Вс дек 23, 2007 4:28 pm

Давайте посмотрим на это с другой стороны: DFT - это вариационная минимизация функционала на пространстве, задаваемом неким базисом. Чем базис гибче, тем лучше приближение к "настоящему" решению.

Т.е. если мы пытаемся, например, скорректировать BSSE для молекулы водорода в минимальном базисе гауссовых АО, то добавление одной s-функции к первому атому водорода на место второго, конечно, не будет так эффективно, как если мы всё пространство вокруг утыкаем этими самыми функциями, но всё же энергия будет точнее, чем для просто одной s-функции.

Да, наверное, мы получим какой-то ненулевой дипольный момент атома - но это будет не из-за "корявого" базиса, а из-за его неполноты. Т.е. на самом деле, правильный нулевой момент для изолированного атома в менее полном базисе у нас получался не потому, что он "лучше" и менее "корявый", а потому, что он сферически симметричный. Т.е. "правильный" ответ в этом случае - артефакт выбранного базиса.
Плохо зная грамматику, сложные конструкции должны употребляться с осторожностью.

VTur
Сообщения: 7357
Зарегистрирован: Пт авг 31, 2007 1:36 pm

Сообщение VTur » Вс дек 23, 2007 5:13 pm

В квантах по большому счету есть два подхода - решение ур. Шрёдингера и метод функционала плотности. К сожалению, химики ударились в изучение реально не существующих объектов - орбиталей.

Ситуация простая - есть теорема, что добавление к приближенному решению функции любого! вида не ухудшает полученное решение (обычно улучшает и энергия понижается).
Однако неправильно введённый базис, исказит картину. По меньшей мере с геометрией - это будет расчет несуществующей молекулы. Для HF это нормально, т.к. BSSE определена для HF.
Для DFT ситуация другая - это другая идеология и рассматривается реально существующий объект - электронная плотность. Другое дело, сейчас не существует прямых способов получения равновесной эл. плотности, а её исходное моделированием точками, с последующей минимизацией по точкам пока комп. не по зубам. Поэтому начальную плотность получают из орбитальной модели. Искажение эл. плотности - это искажение всей основы для дальнейшего расчета. Дело не в дипольном моменте. Несбалансированный в пространстве базис даёт неверную картину, а энергия понизится просто за счет увеличения базиса.

Darth Vasya
Сообщения: 426
Зарегистрирован: Чт май 24, 2007 1:54 pm

Сообщение Darth Vasya » Вс дек 23, 2007 5:31 pm

Ну так я ж вроде попытался объяснить насчёт "искажения картины"... последний абзац.

Искажение картины вызвано неполнотой базисного набора. Наблюдаемое "отсутствие искажения" - артефакт выбранного базисного набора.

Вот, например, если у нас базис состоит из слэтеровской s-функции, тогда для атома водорода будем получать один и тот же ответ независимо от того, куда ещё этих функций понаставим. Потому что в базисе уже есть правильное решение. Если его нет (гауссовы функции, например), то у всего того, что мы добавим, будут какие-то отличные от нуля коэффициенты - но энергия будет всё равно ближе к правильному слэтеровскому ответу.

Вот, пожалуй, и ответ: хотите избавиться от BSSE совсем-совсем - либо используйте пространственно-однородный базис, либо составную систему решайте в базисе точных решений для подсистем :)

*кстати, это всё для случая димера; если, например, рассматриваем адсорбцию на поверхности, или там вакансию в кристалле, дополнительные орбитальки будут хороши ещё и для воспроизведения спада волновой функции в "пустом" регионе, тут уже win-win ситуация :)
Плохо зная грамматику, сложные конструкции должны употребляться с осторожностью.

VTur
Сообщения: 7357
Зарегистрирован: Пт авг 31, 2007 1:36 pm

Сообщение VTur » Пн дек 24, 2007 4:35 pm

Я с Вами согласен, но дискуссия была по поводу - применима ли стандартная процедура определения BSSE к FT. Я считаю, что нет.
Для чистого HF вопросов нет. Нескоррелированность электронов приводит к тому, что часть молекулы описывается похуже в старом базисе, часть получше в двойном базисе. И это друг другу не мешает.
Для DFT, я считаю, это не пройдет.
Когда мы считаем димер у нас (грубо говоря) два базиса и два набора электронов и общая электронная плотность нормирована на эти 2*N электронов. Когда после считаем мономер с двойным базисом, то здесь электронная плотность нормирована только на N. А в функционал входят слагаемые, зависящие и от эл. плотности и от её градиента. Таким образом, добавление второго набора исменяет эл. плотность всей молекулы, а не только той части, до которой дотягиваются орбитали второго набора. Это, я считаю, относится ко всем корреляционным методам. (ошибка определяется для другого соединения)
1177 конечно получит ответ, но будет ли он правильным? А думаю, нет.
Кроме того при расчете в DFT возможна, в отличие от HF, борьба двух погрешностей - BSSE и корреляционных. Причем, они действуют в противоположных направления. Может в чем-то компенсируют друг друга. И учет только одной из погрешносте, может привести к увеличению общей ошибки.

Darth Vasya
Сообщения: 426
Зарегистрирован: Чт май 24, 2007 1:54 pm

Сообщение Darth Vasya » Пн дек 24, 2007 8:07 pm

VTur писал(а):Для DFT, я считаю, это не пройдет. ... А в функционал входят слагаемые, зависящие и от эл. плотности и от её градиента. Таким образом, добавление второго набора исменяет эл. плотность всей молекулы, а не только той части, до которой дотягиваются орбитали второго набора. Это, я считаю, относится ко всем корреляционным методам.
А вы отвлекитесь на минутку. DFT = задача о поиске минимума функционала в подпространстве, задаваемом нашим базисом. Так вот, увеличение размерности базиса путём присоединения ещё функций не может ухудшить ответ - будь у нас там хоть градиенты, хоть лапласианы. (В первом приближении (LDA), кстати, никаких градиентов нет.)
VTur писал(а):Кроме того при расчете в DFT возможна, в отличие от HF, борьба двух погрешностей - BSSE и корреляционных. Может в чем-то компенсируют друг друга.
Это с чего бы двум независимым источникам ошибки друг друга компенсирвать? Впрочем...
VTur писал(а):И учет только одной из погрешносте, может привести к увеличению общей ошибки.
...DFT, в отличие от Хартри-Фока, теория принципиально точная. Кроме ущербности базиса и численных аспектов, источников ошибки в ней нет. Для выбранного функционала чем больше базис - тем ближе мы к точному ответу. Точка.

А точный ответ уже может отличаться от результатов эксперимента или честного ab initio - в силу "приближённого" функционала. То есть получается, что Вы предлагаете брать базис поменьше, да ещё и налагать на него искуственные требования, в надежде на то, что вносимая этим в наш точный результат DFT ошибка с чего-то вдруг подтолкнёт его ближе к экспериментальным данным, С точки зрения физики идея не выглядит удачной... :)
Плохо зная грамматику, сложные конструкции должны употребляться с осторожностью.

VTur
Сообщения: 7357
Зарегистрирован: Пт авг 31, 2007 1:36 pm

Сообщение VTur » Вт дек 25, 2007 11:51 pm

Darth Vasya писал(а):А вы отвлекитесь на минутку. DFT = задача о поиске минимума функционала в подпространстве, задаваемом нашим базисом. Так вот, увеличение размерности базиса путём присоединения ещё функций не может ухудшить ответ - будь у нас там хоть градиенты, хоть лапласианы. (В первом приближении (LDA), кстати, никаких градиентов нет.)
Скорее всего, да, хотя для теории Кона-Шэма я такой теоремы не знаю. Кстати, если кто знает, ответьте.
Darth Vasya писал(а):Это с чего бы двум независимым источникам ошибки друг друга компенсирвать? Впрочем...
Эти две ошибки (BSSE и корреляционная) имеют разный знак. И компенсация одной из них только ухудшит ситуацию. Учет BSSE еще больше поднимет энергию, т.к. корреляционная ошибка нелинейная (не пропорциональна числу электронов или базисных функций), и скомпенсировать и её в рамках процедуры BSSE невозможно.
Darth Vasya писал(а):...DFT, в отличие от Хартри-Фока, теория принципиально точная. Кроме ущербности базиса и численных аспектов, источников ошибки в ней нет. Для выбранного функционала чем больше базис - тем ближе мы к точному ответу. Точка.
Таки, да, только в точном DFT базиса как такового нет. Минимизация функционала позволила бы получить что-то типа производящей функции (в виде каких-нибудь ортогональных полиномов), или численно моделировать эл. плотность множеством точек.
Darth Vasya писал(а):А точный ответ уже может отличаться от результатов эксперимента или честного ab initio - в силу "приближённого" функционала. То есть получается, что Вы предлагаете брать базис поменьше, да ещё и налагать на него искуственные требования, в надежде на то, что вносимая этим в наш точный результат DFT ошибка с чего-то вдруг подтолкнёт его ближе к экспериментальным данным, С точки зрения физики идея не выглядит удачной... :)
Вы меня даже не хотите понять. Взяв геометрию мономера из димера (т.е. удалив второй мономер), Вы получаете неравновесное состояние. Геометрия для подобного базиса не оптимизирована. Т.е. рассчитать BSSE в HF можно (там не скоррелированные электроны – а это всегда близкодействие), для DFT нет - это коррелированное приближение, в отличии от HF.
Всё, что сказано Вами выше (насчет минимизации функционала, увеличении базиса и т.д.) относится к равновесной геометрии. Добавление функций к базису при неравновесном состоянии (это как раз случай DFT) может привести к совсем другим последствиям. Энергия может и понизится, но относиться это будет к совсем другому состоянию.
Я не призываю уменьшать базис. Я говорю, что в DFT процедура поиска ошибки суперпозиции базиса корректно не определена. Я призываю её не считать, а просто увеличить базис за счет диффузных и поляризационных функций.
Стараюся писать кратко и, видимо, становлюся косноязычен.
Вопрос для всей честной компании – а чего это вы участие в дискуссии не принимаете?
1177, а с какой точностью Вы бы хотели получить результат?

Darth Vasya
Сообщения: 426
Зарегистрирован: Чт май 24, 2007 1:54 pm

Сообщение Darth Vasya » Ср дек 26, 2007 11:52 am

VTur писал(а):Скорее всего, да, хотя для теории Кона-Шэма я такой теоремы не знаю. Кстати, если кто знает, ответьте.

Эти две ошибки (BSSE и корреляционная) имеют разный знак. И компенсация одной из них только ухудшит ситуацию. Учет BSSE еще больше поднимет энергию, т.к. корреляционная ошибка нелинейная (не пропорциональна числу электронов или базисных функций), и скомпенсировать и её в рамках процедуры BSSE невозможно.

Таки, да, только в точном DFT базиса как такового нет. Минимизация функционала позволила бы получить что-то типа производящей функции (в виде каких-нибудь ортогональных полиномов), или численно моделировать эл. плотность множеством точек.

Вы меня даже не хотите понять. Взяв геометрию мономера из димера (т.е. удалив второй мономер), Вы получаете неравновесное состояние. Геометрия для подобного базиса не оптимизирована. Т.е. рассчитать BSSE в HF можно (там не скоррелированные электроны – а это всегда близкодействие), для DFT нет - это коррелированное приближение, в отличии от HF.

... Я говорю, что в DFT процедура поиска ошибки суперпозиции базиса корректно не определена. Я призываю её не считать, а просто увеличить базис за счет диффузных и поляризационных функций.
1) Специально для KS такой теоремы нет, есть только "для любых вариационных задач", извините :)

2) Т.к., повторюсь, DFT - теория точная, "корреляционной" ошибки в ней нет. Единственный источник ошибки - неполнота базисного набора. В полном базисе вы получаете точный результат (для выбранного вами функционала - само собой).

3) Что значит "в точном DFT базиса как такового нет"? Функции есть, значит, можно их разлагать по выбранному базису.

4) А-а-а, вот оно что! :) Я-то говорил про атомные димеры, т.е. до вопросов оптимизации геометрии не дошёл. (Для дальнейшего разговора необходимо, чтобы Вы признали истинность всех моих вышеприведённых соображений для данного случая. Нажмите "ОК" :))

Если уж у вас что-то там ещё и оптимизироваться будет - то тут вообще чёрт знает что. Чтобы скорректировать BSSE в этом случае, надо, по идее, брать двойной базисный набор - с базисными функциями в положениях атомов изолированного мономера и мономера в димере. А поскольку эти положения будут взаимозависимы, то придётся это делать итеративно :) Вот после этого я склонен согласиться с тезисом про "лучше добавить ещё функций".

Впрочем, ещё лучше использовать пространственно-независимые базисы. Всплески, вейвлеты, конечные элементы и т.д. Но тут - численные проблемы вблизи ядер, псевдопотенциал и т.д. Но - можно использовать PAW.

5) Однако ж, BSSE не имеет (не имеет?) никакого отношения к коррелированности метода и т.д. - это сугубо математическая вещь, связанная с тем фактом, что при аппроксимации сравниваемых (каким-то образом) функций в разных базисах ошибки независимы и суммируются, а в одном и том же - зависимы и не суммируются. Посему неясно, с чего бы этой процедуре быть "корректно определённой" для одних методов и не быть - для других.
Плохо зная грамматику, сложные конструкции должны употребляться с осторожностью.

VTur
Сообщения: 7357
Зарегистрирован: Пт авг 31, 2007 1:36 pm

Сообщение VTur » Ср дек 26, 2007 9:54 pm

Такое впечатление, что мы разговариваем сами с собой. Я же говорил, что с Вашими утверждениями согласен. Однако считаю, что для DFT данная процедура не совсем корректна, а для HF я её и вовсе бы не считал. Она только ухудшает результат. И не понятно, почему одну ошибку надо компенсировать, а другую не надо.

1177
Сообщения: 148
Зарегистрирован: Пн июн 19, 2006 11:49 am

Сообщение 1177 » Ср дек 26, 2007 10:58 pm

Комментарий от непрофессионала:
С оптимизацией совсем беда... :(
Если уж у вас что-то там ещё и оптимизироваться будет - то тут вообще чёрт знает что. Чтобы скорректировать BSSE в этом случае, надо, по идее, брать двойной базисный набор - с базисными функциями в положениях атомов изолированного мономера и мономера в димере. А поскольку эти положения будут взаимозависимы, то придётся это делать итеративно ".
А можно ссылку на подобные работы?

Darth Vasya
Сообщения: 426
Зарегистрирован: Чт май 24, 2007 1:54 pm

Сообщение Darth Vasya » Чт дек 27, 2007 2:46 am

VTur, да, у меня тоже есть такие подозрения :) Однако, я изложил свои "математические" соображения по поводу того, почему, на мой взгляд, BSSE для всех методов одинаково хорошо/плохо определена.

1177, не думаю, что кто-нибудь занимался подобным абсурдом, это была просто попытка представить себе "правильную" коррекцию BSSE для системы из сложных составляющих в атомно-центрированном базисе :)
Плохо зная грамматику, сложные конструкции должны употребляться с осторожностью.

VTur
Сообщения: 7357
Зарегистрирован: Пт авг 31, 2007 1:36 pm

Сообщение VTur » Чт дек 27, 2007 10:35 pm

1177. Моё мнение такое, что процедура обработки BSSE корректно определена в HF. Для DFT с нелокальными слагаемыми в функционале, я не представляю как уравновесить нормировку эл. плотности. Но это не главное. Когда-то я пытался то же считать энтальпию водородной (не валентной) связи (сейчас считаю только в молекулах и радикалах). Но когда понял, что для требуемой точности нужно просчитать спектр мономеров, спектр димера, внутренние вращения в мономере, внутренние вращения в димере! плюнул и больше ни разу не считал.
Мой вопрос - с какой точностью Вы всё это хотите знать?

Ответить

Вернуться в «квантовая химия и моделирование»

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и 5 гостей