示例 04：单点能计算与 SCF 收敛技巧（Gaussian 16）¶

目的¶

通过 6 个小体系练习 Gaussian 16 单点能计算，以及常用的 SCF 收敛手段：

读懂 #p 下的 SCF 迭代输出和 SCF Done 能量；
过渡金属高自旋配合物用 SCF=XQC + NoSymm；
先用小基组收敛、再 Guess=Read 读入大基组（--Link1-- 两步作业）；
小能隙开壳层团簇用 SCF=VShift；
用 Guess=Fragment 构造 broken-symmetry 初猜；
用 Stable=Opt 发现并修复 RHF→UHF 不稳定性。

文件说明¶

文件	体系	电荷/多重度	演示内容
`h2o_sp_b3lyp_def2tzvp.gjf`	H2O	0 / 1	最基本的单点能，`#p` 查看 SCF 迭代
`fe_complex_sp_scf_xqc.gjf`	[Fe(H2O)6]²⁺（高自旋 d⁶）	+2 / 5	`SCF=(XQC,MaxConventionalCycles=64)` + `NoSymm`
`guess_read_small_to_big_basis.gjf`	[Cu(NH3)4]²⁺（d⁹）	+2 / 2	第 1 步 def2-SVP，第 2 步 def2-TZVP `Geom=Check Guess=Read`
`radical_sp_vshift.gjf`	Cu3 团簇	0 / 2	`SCF=(VShift=500,MaxCycle=300)`
`h2_stretched_guess_fragment.gjf`	拉长的 H2（2.0 Å）	0 / 1	`Guess=Fragment=2`，碎片多重度 `0 2 0 -2`
`h2_stretched_stable_opt.gjf`	拉长的 H2（2.0 Å）	0 / 1	`Stable=Opt`：RB3LYP → UB3LYP
`run_g16.sh`	—	—	最简 Slurm 作业脚本（8 核、16 GB，与输入中的 `%nprocshared=8`、`%mem=12GB` 对应）

结构说明：H2O 为常用实验近似结构；配合物和 Cu3 的坐标按典型键长手工搭建（Fe–O 2.13 Å、Cu–N 2.03 Å、Cu–Cu 2.30/2.45 Å），只用于演示单点和 SCF 选项，不是优化后的结构。

运行步骤¶

本地（已配置好 g16）：

cd Gaussian/examples/04-sp-scf
for f in h2o_sp_b3lyp_def2tzvp h2_stretched_stable_opt h2_stretched_guess_fragment; do
    g16 < $f.gjf > $f.log
done
g16 < guess_read_small_to_big_basis.gjf > guess_read_small_to_big_basis.log
g16 < fe_complex_sp_scf_xqc.gjf > fe_complex_sp_scf_xqc.log
g16 < radical_sp_vshift.gjf > radical_sp_vshift.log

Slurm 集群：

sbatch run_g16.sh fe_complex_sp_scf_xqc.gjf
sbatch run_g16.sh guess_read_small_to_big_basis.gjf

run_g16.sh 中的 module load 或 g16.profile 两行需要按本集群的实际情况修改；scratch 目录默认放在 /tmp/$USER 下，可以用环境变量 SCR_BASE 改到更大的本地盘。更完整的提交脚本是 sub_g16.sh（bash ../../scripts/sub_g16.sh -h 查看用法），作业调度的基础知识见 ../../../Common/tutorials/02-job-scheduler.md。

H2O 和 H2 只需几秒；[Cu(NH3)4]²⁺ 和 [Fe(H2O)6]²⁺ 在 8 核上通常为几分钟到几十分钟，取决于机器。

预期结果 / 如何检查¶

# 1) every job terminated normally (the Link1 job prints it twice)
grep -c "Normal termination" *.log

# 2) energies; reject any SCF Done that follows "Convergence criterion not met"
grep "SCF Done" *.log
grep -l "Convergence criterion not met" *.log      # should print nothing

# 3) spin contamination of the open-shell jobs
grep "S\*\*2 before annihilation" fe_complex_sp_scf_xqc.log guess_read_small_to_big_basis.log radical_sp_vshift.log

# 4) Guess=Read really used in step 2
grep "Initial guess from the checkpoint file" guess_read_small_to_big_basis.log

# 5) stability analysis of stretched H2
grep -E "instability|wavefunction is stable" h2_stretched_stable_opt.log

判断标准：

作业	应该看到
H2O	1 个 `Normal termination`；`SCF Done: E(RB3LYP)` 约为 −76.4 Eh；`-V/T` 接近 2
[Fe(H2O)6]²⁺	`<S**2>` 接近 S(S+1) = 6.00
[Cu(NH3)4]²⁺	2 个 `Normal termination`；第 2 步出现 `Initial guess from the checkpoint file`，并且迭代轮数少于第 1 步；`<S**2>` 接近 0.75
Cu3	`<S**2>` 接近 0.75；`#p` 输出中 `Shift=` 字段不为 0
H2（Stable=Opt）	先报告存在 RHF→UHF 不稳定性，重新优化后能量更低，`<S**2>` 接近 1
H2（Guess=Fragment）	直接收敛到 broken-symmetry 解，能量和 `<S**2>` 与上一行的最终结果一致（差别在数值误差范围内）

这里不给出具体能量数值，请以自己的输出为准；不同版本、不同机器之间末几位小数可能不同。

注意事项¶

所有输入都以空行结尾，修改时不要删掉最后的空行。
内存和核数：%mem=12GB 对应 Slurm --mem=16G（约 75%）；修改其中一个时要同步修改另一个。
radical_sp_vshift.gjf 用了 VShift，Gaussian 会关闭自动 archive，所以日志末尾没有 1\1\ 开头的归档块，属于正常现象。
配合物和团簇的自旋态能量对泛函很敏感，本目录只演示 SCF 技巧，不代表这些体系的推荐计算方案。
如果作业仍然 L502 不收敛，按教程第 5 节的流程排查，也可以用 g16_error_doctor.py 自动识别错误（python ../../scripts/g16_error_doctor.py -h）。