multilayer FMO (fragment molecular orbital), basic input example

Melanjutkan bahasan tentang FMO, kali ini kita akanc membahas bagaiman membuat input multilayer by hand untuk FMO. Kali ini kita langsung saja ya, penjelasan tentang FMO bisa kalian baca di tulisan yang sebelumnya atau dicari di internet. Langkah yang diperlukan sama dengan membuat input basic, hanya diperlukan sedikit tambahan untuk mendefinisikan basis set dan metode yang akan digunakan.

Contoh yang kita gunakan masih etanol-air, dibagi menjadi 3 fragmen dan dua layer, di mana layer akan dioptimasi menggunakan MP2 dan HF dengan basis set 6-31G* untuk air dan 6-311G*. Berikut adalah input basic FMO yang dibuat
! $CONTRL SCFTYP=RHF RUNTYP=ENERGY $END
! $SYSTEM MEMORY=200000 $END
! $BASIS  GBASIS=STO NGAUSS=3 $END
! $data
!C2H5OH+H2O
!c1
!h 1
!c 6
!o 8
! $end
! $FMOXYZ
! C           6   2.3410689175  -0.2869692888  -0.0074194092
! H           1   3.0745859649   0.3772736987   0.4397744143
! H           1   2.5665310430  -0.3924000324  -1.0640918137
! H           1   2.4261794556  -1.2632979826   0.4595623356
! C           6   0.9166901279   0.2761650904   0.1831975319
! H           1   0.7235442032   0.4041423414   1.2567611875
! H           1   0.8641656999   1.2758468598  -0.2685095421
! O           8  -0.0215616632  -0.6201531625  -0.4156796115
! H           1  -0.9026816335  -0.1944297425  -0.2534321184
! O           8  -2.4493614824   0.5180105259   0.0102319306
! H           1  -2.9309841137   0.6564728575  -0.8399969145
! H           1  -3.0583517680  -0.1059613981   0.4726454459
! $end
! $fmo
!nfrag=3 indat(1)=1,1,1,1, 2,2,2,2,2, 3,3,3 $end
! $FMOBND
!  -1 5 sto-3g
! $END
! $FMOHYB
! sto-3g 5 5
! 1 0  -0.117784    0.542251    0.000000    0.000000    0.850774
! 0 1  -0.117787    0.542269    0.802107    0.000000   -0.283586
! 0 1  -0.117787    0.542269   -0.401054   -0.694646   -0.283586
! 0 1  -0.117787    0.542269   -0.401054    0.694646   -0.283586
! 0 1   1.003621   -0.015003    0.000000    0.000000    0.000000
! $END

ganti $BASIS dengan
! $data
!C2H5OH+H2O
!c1
!h-1 1
! n31 6
!
!c-1 6
! n31 6
!   D       1
!     1              0.8000000000  1.00000000
!
!o-1 8
! n31 6
!   D       1
!     1              0.8000000000  1.00000000
!
!h-2 1
! n311 6
!
!c-2 6
! n311 6
!   D       1
!     1              0.6260000000  1.00000000
!
!o-2 8
! n311 6
!   D       1
!     1              1.2920000000  1.00000000
!
! $end

3 grup pertama (h-1,c-1,o-1) mendefinisikan basis set 6-31G untuk layer 1 diikuti dengan eksponen untuk “*” pada 6-31G*. Semua fragmen yang tidak berkaitan dengan layer manapun akan dioptimasi menggunakan basis set layer 1 sehingga kita harus mendefinisikan basis set untuk semua atom dalam sistem dan semua layer. 3 grup kedua mendefinisikan basis set 6-311G* untuk layer kedua. Harga eksponen ini bisa diperoleh dari http://www.emsl.pnl.gov/forms/basisform.html atau bisa dilakukan perhitungan kecil menggunakan basis set yang diinginkan dan eksponen bisa dicari di file *.dat yang dihasilkan.

Kemudian update $FMOBND dan $FMOHYB
$FMOBND
!  -1 5 6-31G* 6-311G*
! $END

! $FMOHYB
!6-31G* 15 5
! 1 0  -0.065034    0.288264    0.000000    0.000000    0.604413
!       0.290129    0.000000    0.000000    0.319045   -0.017106
!      -0.017106    0.057935    0.000000    0.000000    0.000000
! 0 1  -0.065041    0.288294    0.569833    0.000000   -0.201457
!       0.290147    0.300784    0.000000   -0.106342    0.049599
!      -0.017106   -0.008771    0.000000   -0.027223    0.000000
! 0 1  -0.065040    0.288293   -0.284917   -0.493490   -0.201456
!       0.290146   -0.150393   -0.260487   -0.106341   -0.000428
!       0.032923   -0.008771    0.033353    0.013612    0.023577
! 0 1  -0.065040    0.288293   -0.284917    0.493490   -0.201456
!       0.290146   -0.150393    0.260487   -0.106341   -0.000428
!       0.032923   -0.008771   -0.033353    0.013612   -0.023577
! 0 1   1.010938   -0.011976    0.000000    0.000000    0.000000
!      -0.054085    0.000000    0.000000   -0.000001   -0.003175
!      -0.003175   -0.003175    0.000000    0.000000    0.000000
!6-311G* 19 5
!  1 0  -0.026794   -0.086612    0.000000    0.000000    0.252561
!        0.344233    0.000000    0.000000    0.444258    0.240985
!        0.000000    0.000000    0.292724   -0.016321   -0.016321
!        0.071305    0.000000    0.000000    0.000000
!  0 1  -0.026796   -0.086614    0.238115    0.000000   -0.084186
!        0.344242    0.418849    0.000000   -0.148082    0.240988
!        0.275979    0.000000   -0.097574    0.061569   -0.016321
!       -0.006585    0.000000   -0.031795    0.000000
!  0 1  -0.026796   -0.086614   -0.119057   -0.206214   -0.084186
!        0.344242   -0.209425   -0.362733   -0.148082    0.240989
!       -0.137989   -0.239005   -0.097574    0.003151    0.042097
!       -0.006585    0.038944    0.015898    0.027536
!  0 1  -0.026796   -0.086614   -0.119057    0.206214   -0.084186
!        0.344242   -0.209425    0.362733   -0.148082    0.240989
!       -0.137989    0.239005   -0.097574    0.003151    0.042097
!       -0.006585   -0.038944    0.015898   -0.027536
!  0 1   0.571513    0.482733    0.000000    0.000000    0.000000
!       -0.048217    0.000000    0.000000    0.000000   -0.036258
!        0.000000    0.000000    0.000000   -0.002854   -0.002854
!       -0.002854    0.000000    0.000000    0.000000
! $END

Terakhir kita harus mendefinisikan fragmen yang akan dimasukkan dalam layer mulai dari :
! $fmo
!nfrag=3 indat(1)=1,1,1,1, 2,2,2,2,2, 3,3,3 $end
dan tandai fragmen 1 dan 2 untuk dimasukkan ke layer 2
! $fmo
!nfrag=3 indat(1)=1,1,1,1, 2,2,2,2,2, 3,3,3
!nlayer=2 layer(1)=2,2,1 mplevl(1)=0,2 $end
informasi layer-dependent mplevl artinya RHF (mplevel=0) dilakukan pada layer 1 dan mp2 dilakukan pada layer 2. Oia, mp2 memakan memori yang cukup banyak sehingga naikkan juga berapa memori yang akan dipakai dan untuk mengurangi print-in print-out bisa ditambahkan NPRINT=-5 ke $CONTRL dan NPUNCH=0 ke $SCF

berikut adalah input lengkapnya :
$CONTRL SCFTYP=RHF RUNTYP=ENERGY NPRINT=-5 $END
$SYSTEM MEMORY=2000000 $END
$SCF NPUNCH=0 $END
$data
C2H5OH+H2O
c1
h-1 1
n31 6

c-1 6
n31 6
D       1
1              0.8000000000  1.00000000

o-1 8
n31 6
D       1
1              0.8000000000  1.00000000

h-2 1
n311 6

c-2 6
n311 6
D       1
1              0.6260000000  1.00000000

o-2 8
n311 6
D       1
1              1.2920000000  1.00000000

$end
$FMOXYZ
C           6   2.3410689175  -0.2869692888  -0.0074194092
H           1   3.0745859649   0.3772736987   0.4397744143
H           1   2.5665310430  -0.3924000324  -1.0640918137
H           1   2.4261794556  -1.2632979826   0.4595623356
C           6   0.9166901279   0.2761650904   0.1831975319
H           1   0.7235442032   0.4041423414   1.2567611875
H           1   0.8641656999   1.2758468598  -0.2685095421
O           8  -0.0215616632  -0.6201531625  -0.4156796115
H           1  -0.9026816335  -0.1944297425  -0.2534321184
O           8  -2.4493614824   0.5180105259   0.0102319306
H           1  -2.9309841137   0.6564728575  -0.8399969145
H           1  -3.0583517680  -0.1059613981   0.4726454459
$end
$fmo
nfrag=3 indat(1)=1,1,1,1, 2,2,2,2,2, 3,3,3
nlayer=2 layer(1)=2,2,1 mplevl(1)=0,2 $end
$FMOBND
-1 5 6-31G* 6-311G*
$END
$FMOHYB
6-31G* 15 5
1 0  -0.065034    0.288264    0.000000    0.000000    0.604413
0.290129    0.000000    0.000000    0.319045   -0.017106
-0.017106    0.057935    0.000000    0.000000    0.000000
0 1  -0.065041    0.288294    0.569833    0.000000   -0.201457
0.290147    0.300784    0.000000   -0.106342    0.049599
-0.017106   -0.008771    0.000000   -0.027223    0.000000
0 1  -0.065040    0.288293   -0.284917   -0.493490   -0.201456
0.290146   -0.150393   -0.260487   -0.106341   -0.000428
0.032923   -0.008771    0.033353    0.013612    0.023577
0 1  -0.065040    0.288293   -0.284917    0.493490   -0.201456
0.290146   -0.150393    0.260487   -0.106341   -0.000428
0.032923   -0.008771   -0.033353    0.013612   -0.023577
0 1   1.010938   -0.011976    0.000000    0.000000    0.000000
-0.054085    0.000000    0.000000   -0.000001   -0.003175
-0.003175   -0.003175    0.000000    0.000000    0.000000
6-311G* 19 5
1 0  -0.026794   -0.086612    0.000000    0.000000    0.252561
0.344233    0.000000    0.000000    0.444258    0.240985
0.000000    0.000000    0.292724   -0.016321   -0.016321
0.071305    0.000000    0.000000    0.000000
0 1  -0.026796   -0.086614    0.238115    0.000000   -0.084186
0.344242    0.418849    0.000000   -0.148082    0.240988
0.275979    0.000000   -0.097574    0.061569   -0.016321
-0.006585    0.000000   -0.031795    0.000000
0 1  -0.026796   -0.086614   -0.119057   -0.206214   -0.084186
0.344242   -0.209425   -0.362733   -0.148082    0.240989
-0.137989   -0.239005   -0.097574    0.003151    0.042097
-0.006585    0.038944    0.015898    0.027536
0 1  -0.026796   -0.086614   -0.119057    0.206214   -0.084186
0.344242   -0.209425    0.362733   -0.148082    0.240989
-0.137989    0.239005   -0.097574    0.003151    0.042097
-0.006585   -0.038944    0.015898   -0.027536
0 1   0.571513    0.482733    0.000000    0.000000    0.000000
-0.048217    0.000000    0.000000    0.000000   -0.036258
0.000000    0.000000    0.000000   -0.002854   -0.002854
-0.002854    0.000000    0.000000    0.000000
$END

pada awalnya ketiga fragmen akan dihitung menggunakan metode untuk layer 1, Dimer, bagaimanapun, terbatas pada layer 1, yang berarti dimer 2-1 (C2H5OH) dikecualikan. Kemudian densitas fragmen pada layer 1 akan dibekukan. Densitas fragmen 1 dan 2 akan dioptimasi kembali pada level teori di layer 2 yang berarti densitas dihitung dengan  RHF/6-311G * dan energetika akhir dengan MP2/RHF/6-311G *. Satu-satunya dimer di layer 2, yaitu, C2H5OH juga dihitung pada level teori ini.

Dengan menggunakan basis set yang lebih baik dan korelasi elektron, perkiraan baru ikatan hidrogen antara alkohol dan air diperoleh (-3,670 kkal / mol),yang dicetak sebagai energi interaksi pasangan untuk fragmen 3 dan 2. Perhatikan bahwa ini adalah energi ikatan dalam sistem, BUKAN  nilai absolut yang diukur untuk air dan alkohol yang dipisahkan pada jarak yang tidak terhingga. Jika mutlak ikatan energi hidrogen yang diinginkan, Anda harus menghitung H2O dan C2H5OH secara terpisah, seperti biasa, dan kemudian mengambil perbedaan energi. (bersambung)

2 thoughts on “multilayer FMO (fragment molecular orbital), basic input example

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s