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Multiwfn现已可以调用cubegen使静电势分析耗时有飞跃式的下降！

文/Sobereva @北京科音

First release: 2018-Aug-18  Last update: 2018-Aug-30

静电势是极为重要的实空间函数，Multiwfn ()中支持众多静电势相关分析，例如《静电势与平均局部离子化能综述合集》（）这里提到的相关博文。考虑到Gaussian里的cubegen工具计算静电势速度比Multiwfn快，为了降低Multiwfn中使用较普遍的“绘制静电势平面图”和“分子表面静电势分析”功能的耗时，在之前的Multiwfn手册4.12节中明确说过怎么借用cubegen工具来显著节约耗时，但是大部分国内用户似乎不怎么看手册，而且手动调用cubegen对一些不懂什么是命令行界面的初学者来说“有难度”。

为了用户便利地显著降低静电势分析耗时，在2018-Aug-18于Multiwfn主页更新的Multiwfn 3.6(dev)版中，settings.ini文件里新加入了一个参数cubegenpath，如果这个参数被设为了本机的实际cubegen路径（Windows下的格式比如"D:\study\G16W\cubegen.exe"，Linux下的格式比如"/sob/g09/cubegen"），而且你的输入文件是fch或fchk，当Multiwfn做以下分析时，将直接自动调用cubegen代替Multiwfn内部代码计算静电势，使得总耗时有巨大下降，特别是对于大体系。
(1) 绘制静电势曲线（主功能3）
(2) 绘制静电势平面图（主功能4）
(3) 各种需要计算静电势格点数据的功能（例如用主功能5计算静电势格点数据、用主功能17对静电势做盆分析、用主功能200的子功能14对静电势做域分析等）
(4) 计算拟合静电势电荷，目前包括MK、CHELPG和RESP （主功能7的相应子功能）
(5) 计算TrEsp原子跃迁电荷（如何实现见手册4.A.9）
(6) 对静电势做定量分子表面分析（主功能12）
Multiwfn还有很多其它和静电势有关的分析，但由于计算量小，就没有考虑借用cubegen算静电势。

经测试G09和G16的cubegen都可以直接调用，而且计算结果和基于Multiwfn内部代码算的静电势完全相同。G09自带的cubegen有bug，并行模式运行时结果往往诡异，因此对G09的cubegen，Multiwfn在调用时采用串行方式计算，只有用G16的cubegen时才用并行方式计算（并行核数和settings.ini里的nthreads相同）。Multiwfn通过判断cubegenpath里有无g16或G16字样来判断是G09还是G16的cubegen。

如果你不是Gaussian用户，但又想通过如上方式节约静电势计算时间，那么可以先用Multiwfn把其它量化程序产生的.molden文件、GAMESS-US或firefly输出文件（.gms）这些含有基函数信息的文件用Multiwfn转化为.fch格式，再用此fch文件作为输入文件即可。转换方式见《详谈Multiwfn支持的输入文件类型、产生方法以及相互转换》（）。

顺带一提，cubegen支持的各种实空间函数中，只有静电势计算速度快于Multiwfn，其它函数（如电子密度、电子密度拉普拉斯函数、分子轨道波函数等）的计算速度都远慢于Multiwfn，而且cubegen对于静电势以外的函数在计算时没法并行，故Multiwfn计算其它函数的时候不会考虑利用cubegen。

由于目前Multiwfn可以直接调用cubegen了，因此之前手册4.12.7节介绍的用户手动在命令行下调用cubegen降低静电势耗时的做法已被废除，不再被支持，手册这一节已被删去。

cubegenpath设置示例

Multiwfn在分子表面静电势分析时自动调用cubegen时的截图

注意事项1：cubegen计算静电势是基于.fch文件里的密度矩阵实现的。有的时候.fch文件里有多种密度矩阵，默认情况下使用SCF密度矩阵。如果你做的是后HF、TDDFT等计算，为了计算后HF波函数或激发态波函数的静电势，你需要修改settings.ini里的cubegendenstype参数成为对应的密度矩阵标识。比如，你用# MP2/cc-pVTZ density关键词产生了.fch文件，那么里面既有SCF密度矩阵也有MP2密度矩阵，如果你不改cubegendenstype参数，那么利用cubegen算的静电势将是HF级别的；如果你把cubegendenstype参数改为MP2，则cubegen算的静电势将是MP2级别的。更多关于.fch文件里密度矩阵的信息见《在Multiwfn中基于fch产生自然轨道的方法与激发态波函数、自旋自然轨道分析实例》（）文中的说明。

注意事项2：如果你通过Multiwfn里的某些功能对波函数进行了修改，比如通过主功能6里的子功能26对轨道占据数进行了修改，之后通过调用cubegen算的静电势将还是对应最初波函数的，因为.fch文件的内容没有被修改。如果你想基于修改过的波函数借用cubegen计算静电势，则应当在修改波函数后先用主功能100的子功能2把当前波函数导出为.fch文件，此文件中的SCF密度矩阵将对应于当前波函数，因此若再将导出的这个.fch文件作为输入文件借用cubegen计算静电势，对应的就是修改后的波函数的情况。

PS1：Multiwfn以后的版本中预计大幅改进计算静电势的内部代码，届时不借用cubegen，输入文件包含基函数信息时，速度也会比现在快得多。
(责任编辑：admin)