算例 10-h2o-cube-charge：水分子的 cube 输出与四种原子电荷¶
目的¶
- 用
level.of.fileout 2输出全部实空间数据（tden、dden、v0、vhart、vxc0 的 cube 文件）； - 在同一次计算中得到 Mulliken、Voronoi（
Voronoi.charge on）和 NPA（NBO.switch on1）电荷，再用后处理程序esp得到 ESP 拟合电荷； - 用 Python 对 cube 积分，核对价电子数。
对应教程：第10章 电荷分析、分子轨道与 cube 可视化 §3、§4。
文件说明¶
| 文件 | 说明 |
|---|---|
H2O_cube.dat |
OpenMX 输入：GGA-PBE，O6.0-s2p2d1 / H6.0-s2p1（DFT_DATA19 Standard），12 Å 立方盒，Cluster 求解器 |
cube_integrate.py |
读取 cube 并积分（numpy），打印网格、体元与积分值 |
job.slurm |
最简 Slurm 脚本（4 MPI 进程），算完后 grep 关键结果 |
Important
运行前把 H2O_cube.dat 中的 DATA.PATH 改成你机器上包含 PAO/ 与 VPS/ 两个子目录的那一层目录（默认写的是官方 deb 包的安装位置 /opt/openmx4.0/DFT_DATA19）。
运行步骤¶
# 1) SCF (a few seconds to a minute)
sbatch job.slurm
# or interactively:
mpirun -np 4 openmx H2O_cube.dat -nt 1 > h2o.std 2>&1
# 2) check cube files
ls -lh h2o.*.cube
python cube_integrate.py h2o.tden.cube h2o.dden.cube
# 3) ESP fitting charges (compile once)
cd ~/openmx4.0/source && make esp && cd - # esp is copied to ~/openmx4.0/work/
~/openmx4.0/work/esp h2o -c 0 -s 1.4 2.0 | tee h2o.esp
预期结果 / 如何检查¶
grep "Utot\." h2o.out # total energy (Hartree)
grep -A 12 "Dipole moment (Debye)" h2o.out # dipole
grep -A 8 "Mulliken populations" h2o.out | head -12 # Mulliken populations
grep -A 14 "Voronoi charges" h2o.out # Voronoi charges and volumes
grep -B 2 -A 6 "Total :" h2o.std # NPA (natural populations)
grep "Fitting Effective Charge" h2o.esp # ESP charges
cube_integrate.py对h2o.tden.cube的积分应接近 8（O 6 + H 1 + H 1 个价电子），对h2o.dden.cube的积分应接近 0；- 偶极矩应与实验气相值（约 1.85 D）同一量级；
- Mulliken 表中的 Sum 是电子布居，净电荷 = 价电子数 − Sum；Mulliken、ESP、NPA 都应给出 O 带负电、H 带正电；Voronoi 在分子中可能给出与直觉相反的符号（H 的多面体伸入真空），这是方法本身的特性；
- ESP 电荷之和应为 0（
-c 0约束总电荷），输出的偶极应与.out中的 DFT 偶极接近。
具体数值依赖基组与网格，以你的计算为准。
注意事项¶
- 这是一个 Cluster 计算，盒子必须足够大；改小盒子后 ESP 电荷与偶极会变化。
level.of.fileout 2会生成较大的.grid文件，只是为了演示；日常使用 1 即可。NBO.switch on1只对 Cluster 有效；大体系请改用 Krylov 求解器 +NBO.switch on2。- 若想把 scfout 交给其它后处理程序（jx、polB 等），把
HS.fileout改为on。 - 想看 Bader 电荷，可以运行外部程序
bader h2o.tden.cube；注意 OpenMX 的密度只含价电子。