量子化学计算中帮助几何优化收敛的常用方法

笔者注：读者不要说诸如“此文我看了，还是不收敛”、“我用了文中的方法还是不收敛”这类话。绝对没有哪个方法能100%解决几何优化不收敛。本文绝对没有一条馊主意，所有Gaussian支持的真正有可能能解决几何优化不收敛的做法在本文都已经全面列举了，没有任何遗漏。倘若本文的做法都做了尝试还没解决，那也别指望有任何其它方法能解决。才随便试了文中一个做法，或者以不正当的方式（没有真正了解原理的基础上）瞎试几个就说没解决问题，这根本什么也说明不了。要想解决问题，必须十分仔细阅读本文，所有有可能对当前问题有用的方法都依次尝试，有必要的时候几个一起结合使用。本文列举的做法已经把最坏的情况都考虑了，所以出现所谓的“看了本文还是没解决问题”的情况一定是读者还没真正仔细看、仔细领会、充分尝试。

量子化学计算中帮助几何优化收敛的常用方法

文/Sobereva @北京科音 First release: 2012-Oct-13   Last update: 2022-May-5

几何优化就是寻找势能面极小点结构的过程。而所谓几何优化不收敛，就是优化过程始终，或者很难达到收敛要求，这种情况通常会伴随着震荡行为，即原子受力、几何结构随优化步数增加呈现一定周期性变化趋势。显然盲目增加优化步数的上限试图解决是超级愚蠢的做法。解决这种问题必须在结合经验和理论知识的前提下，通过考察实际收敛的趋势，尝试各种可能奏效处理办法，本文就专门说说这个问题。更详细、更具体的东西在笔者讲授的北京科音（http://www.keinsci.com）的量子化学培训班里会系统地讲解。

经常有人问Gaussian程序做几何优化为什么有时会出现下面这种报错 Error termination request processed by link 9999. Error termination via Lnk1e in d:\study\G09W\l9999.exe at Sat Jun 02 20:45:20 2018. 实际上往上看，就会看到更明确的错误提示  Optimization stopped.     -- Number of steps exceeded,  NStep=   [当前步数上限]     -- Flag reset to prevent archiving. 即达到了步数上限还没收敛，于是优化就报错结束了。这多数情况就是因为出现了上述震荡问题而造成了难收敛所导致的。另外，还经常有初学者问，怎么优化任务算了非常非常久还没算完，这很可能也是因为发生了震荡，导致优化始终达不到收敛限所致（比如都跑了好几百步了，还在震荡中）。

如果想确认是否发生了震荡，可以用GaussView载入输出文件（打开文件的界面下方必须勾选上Read intermediate geometries），然后进入Results - Optimization，看能量和受力变化曲线。如果曲线到后期没有整体降低、逐渐收敛到平坦的大趋势，而是来回上下波动，并且观看优化轨迹也发现结构在反复波动，这就说明震荡了。几何优化正在执行的过程中也可以随时对收敛情况这样进行监视。

说怎么解决几何优化难收敛之前先说一下收敛标准。Gaussian中判断几何优化收敛有四个标准，在默认收敛设定下，这四个标准是： 最大受力