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示例 06-1：分子结构优化——H2O（RF）与 CH4（最速下降）

目的

  • 用 MD.Type RF（有理函数法）优化一个故意扭曲的水分子，学会读 .out 中的优化历史和 .md 轨迹；
  • 用 MD.Type Opt（最速下降）优化 C 原子偏离中心 0.3 Å 的甲烷，体会最速下降"稳但慢、会越过驻点"的特点；
  • 练习用 输入文件名# 续算。

对应教程：第6章 结构优化、晶胞优化、状态方程与 NEB（§3）。

文件说明

文件 System.Name 说明
H2O_opt_RF.dat h2o_rf 初始 r(OH) = 1.012 Å、∠HOH = 114.2°；RF，MD.Opt.criterion 1.0e-4，MD.maxIter 100
Methane2_SD.dat ch4_sd C 沿 x 偏离 0.3 Å（正四面体中 C–H = 1.09 Å）；MD.Type Opt，默认判据 3.0e-4
job.slurm — Slurm 作业脚本

两个输入都是团簇计算（scf.EigenvalueSolver Cluster），10 Å 立方盒子，250 Ry，Standard 基组。

运行步骤

cd OpenMX/examples/06-geomopt-h2o-ch4
sed -i "s#^DATA.PATH.*#DATA.PATH   $HOME/openmx4.0/DFT_DATA19#" *.dat   # once

mpirun -np 4 openmx H2O_opt_RF.dat -nt 1 > h2o_rf.std
mpirun -np 4 openmx Methane2_SD.dat -nt 1 > ch4_sd.std
# or: sbatch job.slurm H2O_opt_RF.dat ; sbatch job.slurm Methane2_SD.dat

# compare with RF for methane
sed -e 's/^MD.Type .*/MD.Type                     RF/' \
    -e 's/^System.Name .*/System.Name                 ch4_rf/' Methane2_SD.dat > Methane2_RF.dat
mpirun -np 4 openmx Methane2_RF.dat -nt 1 > ch4_rf.std

预期结果 / 如何检查

grep -A30 "History of" h2o_rf.out              # MD_iter, SD_scaling, |Maximum force|, Maximum step, Utot
grep -o "scf_conv=[01]" h2o_rf.md | sort | uniq -c
cat h2o_rf.xyz                                 # final geometry
ls *.dat#                                      # restart inputs, updated every step
  • 收敛时最后一步的最大力 < MD.Opt.criterion，且总步数小于 MD.maxIter；
  • 水分子应收敛到 r(OH) ≈ 0.97 Å、∠HOH ≈ 104° 量级（官方手册表 3 的 PBE 结果为 0.971 Å、103.6–103.7°，所用基组与本例不同；实验 0.957 Å、104.5°）；
  • 甲烷应恢复为正四面体，C–H 键长约 1.09–1.10 Å；
  • 最速下降的步数明显多于 RF，最大力曲线可能先越过驻点再回落；
  • 用 OpenMX Viewer 打开 h2o_rf.md 可以播放优化过程；本仓库 python ../../scripts/omx_traj.py -h 可画能量和最大力随步数的变化。

注意事项

  • MD.maxIter 默认是 1，一定要显式设置。
  • MD.Opt.Init.Hessian Schlegel 只能用于 RF 和 EF；改用 BFGS 或 DIIS 时请改成 iden 或删除该行。
  • 没收敛时：cp H2O_opt_RF.dat# H2O_opt_RF_r2.dat，然后运行新文件即可续算，近似 Hessian 会被自动重用。
  • 输入文件只含 ASCII 字符和 LF 换行。