開殼層

開殼層

開殼層是指有一個以上亞層未充滿的電子組態稱為開殼層組態,簡稱開殼層;每個亞層都充滿的組態為閉殼層組態,簡稱閉殼層(closed shell)。

相關內容


原子結構而言,由(nl)決定的一組自旋軌道稱為nl亞層,而構成分子電子結構的亞層是同一組不可約表示基的單電子態。
開殼層:分α,β自旋,因此密度運算元也分α,β自旋兩個部分。
閉殼層:兩個自旋的空間軌道是同等的,故無自旋。
在分子軌道中,對於閉殼層(如N2)和開殼層(如O2)雙原子分子的計算通常由自洽場方法開始。
開殼層
開殼層
開殼層
開殼層
有一個以上亞層未充滿的電子組態稱為開殼層組態,簡稱開殼層;每個亞層都充滿的組態為閉殼層組態,簡稱閉殼層(closed shell)。

開殼層的計算


閉殼層計算就是對於多重度是1的體系,此時α和β的電子數目相同,可以把α和β配對,成對的α和β使用同一個軌道,一個軌道上填充2個電子。
開殼層計算就是對α和β電子分別計算,一個軌道上只填充1個電子,一般來說,多重度是1時,開殼層計算和閉殼層計算會給出相同的結果。
限制開殼層計算是對多重度大於1的體系,此時α和β的電子數目不同,設有m個α和n個β電子,m>n,那麼讓前n個軌道上每個填充一個α和一個β,剩下的m-n個α電子再填充m-n個軌道。即前n個軌道是閉的(每個軌道2個電子),后m-n個軌道是開的(每個軌道1個電子)
在高斯中,以HF為例,閉、開、限制開殼層計算分別是RHF,UHF,ROHF。如果只寫HF,則按下面的方式取默認方法:對多重度是1的體系,默認為RHF,對多重度大於1的體系,默認是UHF。
在MS的Dmol中,基本上都是自己自動判斷,當然你也可以自己制定。

區別


開殼層、閉殼層與Restricted、Unrestricted
• 開殼層:指體系存在未配對的電子,因此奇數個電子的體系一定是開殼層體系。但有的偶數電子的體系,也有電子未配對,例如氧氣分子,有兩個電子沒有配對,從而導致基態是三重態,屬於開殼層體系
• 閉殼層:所有電子都配對。因此必然是偶數電子體系。
• Restricted:是針對計算的方法。Spin down與Spin up在計算時,採用同一組軌道,也就是說Spin down的軌道空間分佈函數、能級是多少,Spin up跟它完全一致,不需要額外計算,自動“複製”一套,唯獨在自旋上區分一下。因此在進行自洽場迭代(SCF)的過程中,只需要計算一種自旋就可以了,另一種自旋的套用結果就可以了。
• Unrestricted:是針對計算的方法。Spin down與Spin up在計算時,各自採用不同的軌道。因此Spin down和Spin up要分別進行SCF迭代。
綜述:
1.Restricted方法計算量比Unrestricted要小大約一倍;
2.閉殼層一般用Restricted方法,如果一定要用Unrestricted,也行,但會發現軌道、能級的差別非常非常非常的小;
3.開殼層可以用Restricted方法、也可以用Unrestricted方法,這個要根據情況決定。例如我們把乙烷分成兩個甲基片段,要做片段分析,這個時候,兩個甲基都是開殼層,但目前對ADF模塊而言,只能使用Restricted方法,具體參考如何進行開殼層片段的分析。