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示例 03：第一个 OpenMX 计算——CH4、H2O、CO 分子（First OpenMX Calculation）

配套教程：第3章 输入文件结构与第一个计算（甲烷分子）

目的

  1. 用一个最小基组的甲烷算例（Methane_manual_check.dat）与 OpenMX 4.0 手册第 5 节的参考总能量对比，确认安装与数据库正确；
  2. 用 Standard 基组计算 CH4、H2O、CO 三个分子，练习阅读 .std、.out，提取总能量、HOMO/LUMO、Mulliken 电荷与偶极矩；
  3. 用 MO.fileout 输出 CO 的前线分子轨道 cube 文件并可视化。

文件说明

文件 说明
Methane_manual_check.dat 与官方 work/Methane.dat 物理设置相同（H5.0-s1/C5.0-s1p1、GGA-PBE、120 Ry、10 Å 盒子、C 在原点），System.Name = metref，只用于安装验证
Methane.dat CH4 单点能：Standard 基组 H6.0-s2p1/C6.0-s2p2d1，200 Ry，C–H = 1.089 Å，位于 10 Å 盒子中心，System.Name = met
H2O.dat H2O 单点能：实验几何（O–H 0.9572 Å，∠HOH 104.52°），12 Å 盒子，System.Name = h2o
CO.dat CO 单点能 + 分子轨道输出（MO.fileout on、num.HOMOs 2、num.LUMOs 2），C–O 1.128 Å，System.Name = co
job_omx_slurm.sh 依次运行上述 4 个输入；可 sbatch 提交，也可在工作站上直接 bash 运行
check_results.sh 汇总当前目录下所有 .out：是否正常结束、SCF 步数、Utot（Ha/eV）、HOMO/LUMO 与能隙（eV）、偶极矩、Mulliken 电子数；对 metref 还会与手册参考值比较

运行步骤

# 0) copy the example to a scratch directory
mkdir -p ~/omx_runs/ch03 && cd ~/omx_runs/ch03
cp /path/to/DFT-Tutorials/OpenMX/examples/03-first-calc-methane/* .

# 1) point DATA.PATH to your DFT_DATA19 (absolute path containing PAO/ and VPS/)
export OMX_DATA=$HOME/software/openmx4.0/DFT_DATA19      # deb package: usually /opt/openmx4.0/DFT_DATA19
sed -i "s#^DATA.PATH.*#DATA.PATH                     ${OMX_DATA}#" *.dat
grep -H "^DATA.PATH" *.dat

# 2a) run one input interactively
export OMP_NUM_THREADS=1
mpirun -np 4 openmx Methane.dat -nt 1 | tee met.std

# 2b) or run everything (workstation)
NP=4 bash job_omx_slurm.sh
# 2c) or submit to Slurm (edit the module lines first)
sbatch job_omx_slurm.sh

# 3) summary
bash check_results.sh

job_omx_slurm.sh 在设置了 OMX_DATA 时会自动改写每个输入的 DATA.PATH，并在运行前检查该目录下是否有 PAO/ 与 VPS/。若 openmx 不在 PATH 中，用 OPENMX=/full/path/to/openmx bash job_omx_slurm.sh。

预期结果 / 如何检查

  • 每个 .std 的最后一行应为 The calculation was normally finished.（check_results.sh 的 end 列为 ok）；
  • nSCF 应明显小于 scf.maxIter（100）；这几个闭壳层小分子通常在几十步以内收敛；
  • MulP/ideal 两个数应相等：CH4 与 H2O 为 8，CO 为 10；
  • metref：Utot 应与手册第 5 节参考值 −8.033540953061 Hartree 一致（脚本以 1e-6 Ha 为判据，正常安装通常好得多）；手册中该算例 16 步收敛；
  • CH4：HOMO = 4，HOMO 为三重简并（本征值第 2–4 个几乎相同），偶极矩接近 0；
  • H2O：HOMO = 4，偶极矩应在约 1.8–1.9 D（实验值约 1.85 D；具体数值随基组与截断能略有变化）；
  • CO：HOMO = 5，偶极矩很小（实验约 0.11 D）；目录中会多出 co.homo0_0.cube、co.homo0_1.cube、co.lumo0_0.cube、co.lumo0_1.cube，可以用 VESTA 或 OpenMX Viewer 打开查看 σ 与 π 型轨道；
  • 也可以手动检查：
grep "Utot\." *.out
grep -A 12 "Eigenvalues (Hartree) for SCF KS-eq." met.out
sed -n '/Mulliken populations/,/Decomposed Mulliken/p' h2o.out
grep -A 8 "Dipole moment (Debye)" co.out
awk '/<coordinates.forces/,/coordinates.forces>/' met.out

本目录不附带任何计算输出；以上除 metref 的参考值来自官方手册外，均为定性预期，请以你自己的计算结果为准。

注意事项

  • 输入文件中的 DATA.PATH 是占位符 /path/to/openmx4.0/DFT_DATA19，不修改直接运行会因找不到 PAO/VPS 而退出；
  • System.CurrrentDirectory 的官方拼写是三个 r，不要“改正”成两个 r；
  • 四个输入的 System.Name 各不相同（metref、met、h2o、co），可以放在同一目录中运行而不互相覆盖；
  • 小分子用 1–4 个 MPI 进程即可，进程更多反而更慢；
  • 若用 Windows 编辑器修改过 .dat，请确认仍是 ASCII + LF（file *.dat、dos2unix *.dat）；
  • 最小基组（Methane_manual_check.dat）只能用来验证安装，不能用于研究。