• Multiwfn入門tips

    Multiwfn入門tips

    文/Sobereva @北京科音
    First release: 2012-Nov-7   Last update: 2022-Dec-4


    0 前言 

    Multiwfn(主頁為http://sobereva.com/multiwfn)是由北京科音自然科學研究中心(www.keinsci.com)的盧天從2009年11月起主導開發的最為強大的量子化學波函數分析程序,功能極為廣泛、十分高效、非常易于使用,并且開源免費,用戶已遍及全世界80多個國家,目前已被超過9000篇研究論文所使用,包括Science、Nature、Nature Chemistry/Materials/Energy/Photonics、JACS、Angew、PNAS等頂尖刊物。Multiwfn也被很多頂尖理論化學工作者如Truhlar、Grimme、Perdew、Morokuma、Shaik、Houk、Frank Neese等人的文章使用。在J. Comput. Chem.上的Multiwfn程序原文是迄今中國發表的所有論文(不限學科)中被引次數最高的10篇之一。Multiwfn在實際應用性量子化學的研究中價值巨大,很多情況都必不可少。

    寫本文的目的是幫助剛接觸Multiwfn的人能夠在短時間內了解Multiwfn的基本特點以及如何上手。但此文并不講解程序操作過程和原理,因為這些內容已經在筆者的無數博文、程序手冊里有詳盡描述和示例。本文著重談一下應該怎么上手和學習Multiwfn,讀者將會明白Multiwfn雖然功能極其強大,但使用根本沒有什么門檻,學習Multiwfn也超級容易!與此同時也提及一些計算化學基礎薄弱的用戶在使用Multiwfn時可能會忽略的要點或困惑的問題。

    如果你不知道Multiwfn是干什么的話,建議先看《Multiwfn波函數分析程序的意義、功能與用途》(http://sobereva.com/184),這里面對Multiwfn的功能和用途進行了較系統的介紹。筆者強烈建議在看完此文后大致閱覽一遍《Multiwfn FAQ》(http://sobereva.com/452),各方面常見問題在里面都做了匯總。
     

    1 對使用者的要求

    對于量化初學者,Multiwfn當成一個工具作為黑箱來用也可以,但是我還是建議使用者具備一些最基本的理論知識,這樣才能避免犯低級錯誤,才能更透徹地理解程序原理和輸出信息的物理意義。使用者只要參加過北京科音辦的初級量子化學培訓班,或仔細讀過Levine的Quantum chemistry,或具有相同級別的知識,就已經足夠了,結合手冊中對各個功能的理論的講解,就完全能夠理解Multiwfn涉及的全部功能的原理了。

    Multiwfn是基于量子化學程序輸出的波函數信息來進行分析的程序。如果你是Gaussian程序的用戶,那么可以使用Multiwfn的全部功能。但Multiwfn程序絕非是專為Gaussian而開發的,Multiwfn支持許多通用的記錄波函數信息的格式,如.mwfn、.wfn、.wfx、molden文件,還支持GAMESS-US輸出文件,還支持其它類型文件如.cub、.pdb、.xyz等。只要你用的量化程序能輸出molden輸入文件(如Molpro、ORCA、NWChem、deMon2k),或者能輸出.fch文件(如PSI4、Q-Chem),或者你是GAMESS-US/Firefly的用戶,那么就能用上Multiwfn的絕大部分功能。如果你只能得到.wfn/.wfx文件,也至少能利用Multiwfn的半數以上的功能,例如AIM分析、ELF等實空間函數的分析和繪圖等等。如果你是第一性原理的研究者,只用VASP、CASTEP、CP2K之類的程序,那么Multiwfn中依賴于波函數的功能都暫時幫不上你(但是只需要提供幾何結構的分析功能照樣能做,如IGM分析)。筆者以后預計會開發專門面向第一性原理的程序的波函數分析程序。

    關于Multiwfn支持的輸入文件的具體說明以及產生的方法,在此文有詳述《詳談Multiwfn支持的輸入文件類型、產生方法以及相互轉換》(http://sobereva.com/379)。

    絕大部分Multiwfn的功能運算效率都很高,而且支持并行,在普通個人雙核機子上運行就已經挺快了,除非研究的體系很大,或者用了很大的基組,或者跑那些個別特別耗時的分析任務,否則沒必要非要弄到服務器上去執行。
     

    2 程序的下載、安裝、執行

    Multiwfn的可執行文件、源代碼和手冊在Multiwfn官網的Download欄目里可直接下載。文件名上帶bin的是已編譯好的含有可執行文件的包,src代表源代碼文件包,manual是手冊。

    在主頁的Update history欄目中可以看到最新版本更新了哪些內容。在每個正式版本發布之前,通常也把正在開發的臨時版本,即后綴帶(dev)的掛在這個欄目上。臨時版本未經全面測試,手冊也沒寫全,但是已經實現了更新歷史上提到的最新功能和改進。如果想嘗鮮可以試試。

    Multiwfn更新很頻繁。新版本中總會不斷添加新的有用的功能、改善界面設計使之更好用、修正各種bug、提升運行效率。我強烈建議時常查看Multiwfn主頁,更新到最新版本。老版本的一些bug可能造成結果是錯的,但是沒有經驗的用戶又察覺不出來,這種情況甚至有可能使文章的研究的結論有誤,這將是很大問題。所以,即便新版本的新功能用不到,也應當勤快更新至最新版本。我強烈建議用戶按照此帖的方式通過電子郵件自動接收Multiwfn的更新提醒:《推薦通過Visualping自動接收Multiwfn的更新提醒》(http://bbs.keinsci.com/thread-12556-1-1.html)。有四位Multiwfn用戶還各自開發了方便的Multiwfn更新工具,如下所示,如果你懶得每次手動去Multiwfn官網下載新版本程序包的用戶可以考慮使用:
    Multiwfn快樂更新小助手:http://bbs.keinsci.com/thread-20052-1-1.html
    mum: Multiwfn update manager:http://bbs.keinsci.com/thread-20070-1-1.html
    Updater for both Linux and Windows version of Multiwfn:http://bbs.keinsci.com/thread-20109-1-1.html
    A Python script for Multiwfn updates:http://bbs.keinsci.com/thread-20115-1-1.html

    Windows版Multiwfn程序解壓后雙擊Multiwfn.exe圖標即可啟動。如果是Linux/MacOS版則應當先分別按照手冊2.1.2、2.1.3節對系統進行配置,筆者還提供了Linux下安裝過程的完整視頻演示:https://www.bilibili.com/video/av41402462/。解壓后目錄下的settings.ini里包含了各種運行參數,這些參數在Multiwfn啟動時會被載入,這些參數平時使用時一般不需要修改。各個參數在文件中的//后面的注釋中都有說明,大部分參數的用處在手冊中會更詳細地解釋。這些參數中特別關鍵的一個是nthreads,當它設為n,則Multiwfn中并行化的代碼部分運行時就會使用n個線程進行并行運算。如果你有較多的CPU核心,可以將它設大來加快計算(即便設得值超過了CPU核心數也沒關系,此時實際有幾個核心在并行時就會用幾個核心)。

    如果是第一次使用Multiwfn,強烈建議使用Windows版,有多個原因:1. Linux/MacOS版Multiwfn的極個別功能有限制,見手冊開頭的Linux and MacOS users must read部分的說明 2. Linux/MacOS版圖形窗口顯示效果沒有Windows版好 3. Linux/MacOS版本使用時前需要對系統進行一些配置,而不像Windows版那樣直接用就行。

    Multiwfn是命令行與圖形界面混合的程序,大部分操作在交互式的命令行界面下完成,而需要可視化結果的地方才會提供圖形界面,這樣的設計是最佳、使用效率最高的。不設計成全圖形界面的原因在此帖有說明:《為什么我拒絕將Multiwfn做成全圖形界面》(http://sobereva.com/236)。Multiwfn也可以通過命令行方式非常方便地使用,而且還可以嵌入到腳本中或者被第三方程序調用。用戶還可以自己寫shell腳本調用Multiwfn實現一鍵對大批量體系自動按照特定流程計算并自動提取和統計數據,從而徹底解放雙手,極度方便。這些知識在這篇文章里有特別系統、詳細、深入淺出的介紹,強烈建議一讀:《詳談Multiwfn的命令行方式運行和批量運行的方法》(http://www.shanxitv.org/612)。

    程序啟動后,會看到一個文本界面,先輸入要載入的文件的路徑。如果你缺乏計算機基本常識,都不知道怎么輸入文件路徑的話,看《將文件快速載入Multiwfn程序的幾個技巧》(http://sobereva.com/237)。然后根據屏幕上每個選項所表示的含義,選擇相應選項,或輸入相應內容即可。選項往往比較多,只要從選項的文字上覺得和自己的目的無關,就不必管它,這些暫時用不到的選項的用途日后你會漸漸明白。使用Multiwfn的過程中一定要注意閱讀和領會屏幕上的各種信息和提示,Multiwfn會盡可能在不至于信息過于冗長的情況下,直接在屏幕上告訴用戶接下來應該輸入什么,免得用戶老得查閱手冊、記憶操作過程。但若是遇到想不明白的地方,則應去手冊里查閱相應功能對應的章節,看看是否能找到說明,或者查看手冊的教程部分,看看是否有示例。Multiwfn很多功能能夠直接圖形化顯示結果,當出現圖形界面時,想要關閉的話就點Return按鈕,如果沒有此按鈕,在圖上直接點右鍵即可返回。關閉程序直接點窗口右上角的X或者按Ctrl+C即可。如果程序運行中途突然關閉(對于Windows下直接雙擊程序圖標來運行則表現為“閃退”),這是程序遇到錯誤導致的,通常是因為輸入文件的類型不對、輸入文件有毛病、輸入的命令不合規范、使用方式不對、內存不足等原因造成的,請仔細看《Multiwfn FAQ》第3節的專門說明。

    Multiwfn輸出的電子密度、靜電勢等各種實空間函數的計算結果,以及幾何坐標、鍵長等,如果輸出信息中沒寫明單位,則一律是原子單位(a.u.),不懂的話去wiki看看atomic unit的頁面。


    3 程序的引用

    Multiwfn的開發對用戶分文不取,也不拿納稅人的一分錢,筆者對使用者的唯一要求是必須恰當進行引用,這是最基本的學術道德。

    如果Multiwfn程序在研究文章中被使用,必須引用程序原文Tian Lu, Feiwu Chen, J. Comput. Chem. 33, 580-592 (2012),不要只引用程序網址。如果文章中用了Multiwfn,但是在文章中連這篇JCC文章都沒引用的話,使用者將被加入Multiwfn黑名單,禁止以后再次使用Multiwfn發表文章不要把引用Multiwfn不當回事,有一些用戶不當引用的行為已經被公開點名批評,例如:http://bbs.keinsci.com/thread-26843-1-1.html

    并且,請在文章正文里提及和引用Multiwfn,而不要只放到補充材料里,否則不僅讀者難以注意到,而且也不會被納入引用的統計。

    支持Multiwfn程序開發的最好方式是恰當引用筆者的相關文章,使用Multiwfn的不同功能、做不同分析應當引用的文章不同,最恰當的引用Multiwfn的說明見Multiwfn可執行文件程序包里的How to cite Multiwfn.pdf文檔。 


    4 程序手冊

    Multiwfn的各種功能涉及到的基本原理、選項的含義在程序手冊里都有極其詳盡描述。Multiwfn的可執行文件包里有一個Multiwfn quick start.pdf文檔,如果你急于用Multiwfn計算某個常見的量、做某個常見的分析的話,通過這個文檔可以立馬查到應當看手冊的哪一節,因此這個文檔非常有用。

    雖然Multiwfn的手冊是英文版的,但寫得特別簡明易懂,對于中國的量子化學研究者來說在語言上絕對不會成為障礙。明白手冊如何查閱對于使用程序是非常重要的,這樣才便于在1000多頁的手冊中很快找到想要的信息。這里把手冊的章節編排重點說明一下,讀者可以通過點擊文檔的Bookmark的相應標題直接跳到相應章節。

    手冊第二頁的內容是All users must read,這是一定要讀的,所以把它放到手冊最開頭。第三頁是Linux users must read,這是使用Linux版Multiwfn的用戶一定要讀的。

    手冊第一章是Multiwfn的特點、功能的整體概述。這一章務必要讀。

    手冊第二章是關于Multiwfn程序自身的一些說明,包括Multiwfn的支持的文件格式、圖像格式等等。這一章可以根據小節的標題有選擇性地閱讀。
    *如果是Linux用戶,務必閱讀2.1.2節,按照其中的方法配置系統。
    *Multiwfn在實空間函數的分析、繪制上是其強項之一,2.6節簡明扼要地介紹了各種Multiwfn支持的實空間函數。如果要計算某實空間函數但是對它又不熟悉的話,應當閱讀一下相應的介紹。另外,在實空間函數的計算上有一些可調設定會在相應位置說明,比如settings.ini文件里的laplfac參數,它控制電子密度拉普拉斯函數前面乘的系數,這個參數會在介紹拉普拉斯函數的地方說明。
    *2.5節建議盡量完整閱讀一遍,其中介紹了Multiwfn支持的各種文件格式,特別注意其中的表格列出了每種文件格式包含了哪類信息。Multiwfn的不同功能所需要的信息不同,必須得在程序運行一開始將含有相應信息的輸入文件載入才行。如果輸入文件類型不對,則執行功能時可能出錯退出。

    手冊第三章是Multiwfn的各個功能的基本原理和選項的含義。這一章可以有選擇地看,用到哪個功能就去看哪一節。剛進入Multiwfn并載入文件后,會看到一個主菜單,這個列表里的每一項被稱為“主功能”,主功能里面有的會有很多子功能,子功能里可能又會有很多選項。在手冊第三章中,每一個二級標題對應于一個主功能,二級標題末尾的括號里的數字就是對應的主功能在Multiwfn主菜單里的編號。比如3.10 Orbital composition analysis (8),這一節介紹的就是軌道成分分析功能,也就是Multiwfn的主功能8。這一節下面的各個三級標題對應了各種不同的軌道成份計算方法。Multiwfn的一些重要的、需要特別解釋一下的選項會在手冊相應章節里說明;而一些不重要的、從選項名字上一看就能明白的選項有的就不專門提及了。

    特別注意第三章的每個章節末尾會看到類似這樣的信息(以3.9節布居分析為例)
    Information needed: Basis functions (MPA, Lowdin, MMPA), GTFs (Hirshfeld, VDD, Becke, ADCH, CHELPG, MK), atom coordinates
    這就代表,如果要計算原子電荷,必須首先擁有原子坐標信息。若是計算MPA, Lowdin, MMPA這三種原子電荷,還需要基函數信息。若計算Hirshfeld, VDD, Becke, ADCH, CHELPG, MK這些電荷,則需要GTF(原始高斯函數)信息。從手冊2.5節的表格可以看到,.wfn、.wfx、.fch、.molden等格式包含了原子坐標和GTF信息,因此計算Hirshfeld, VDD, Becke, ADCH, CHELPG, MK這些原子電荷時這幾種文件都可以作為一開始的輸入文件,只要產生它們的條件相同,則結果是一樣的。從表格中也看到,由于只有.fch、.molden、.gms文件同時具備基函數和原子坐標信息,所以想計算MPA, Lowdin, MMPA原子電荷的話,就必須得用這幾種格式作為輸入文件。如果一開始載入的文件類型不含有某些功能所需要的信息,那么在Multiwfn的菜單中這些功能可能會消失不見,或者雖然能看見,但是選了之后就會出錯終止。因此,使用Multiwfn的功能時如果不確定應該用什么類型輸入文件,應當查看相應章節末尾的Information needed,看看這個功能需要什么信息,結合2.5節的表格來決定應該用什么輸入文件。或者參考教程部分相應的例子也可以。關于如何正確選擇輸入文件,在此文有更詳細的說明:《詳談Multiwfn支持的輸入文件類型、產生方法以及相互轉換》(http://sobereva.com/379

    手冊第四章的開頭介紹了如何生成Multiwfn的各種輸入文件(對于Gaussian用戶,一般用fch/fchk文件即可),務必要看。之后是教程,包含了超過100個精心撰寫例子,覆蓋了Multiwfn的大部分重要的功能。自學Multiwfn的基本使用方法最好的方式就是看這些教程(以及后文提到的博文)!我十分建議用戶將第四章的例子從頭到尾做一遍,這些例子涉及到的文件基本上在程序壓縮包里的examples目錄下都提供了,做完這些例子后對Multiwfn的基本使用就比較熟練了,同時也會了解很多波函數分析的知識。但如果某些例子和自己的研究實在關系不大,有選擇性地跳過一些也無妨。在做這些例子的時候,應當特別注意揣摩Multiwfn程序的設計思想,領會各個功能、每一步操作的含義,這樣才能達到舉一反三的效果,從而對于教程中沒有涉及到的功能也能很快理解用法,實現教程中沒有涉及到的應用。

    注意第4.x節的例子對應于Multiwfn的主功能x,因此通過二級標題編號就能明白例子的內容是對應于程序的什么主功能的。由于Multiwfn的功能很多,靈活度極高,大量功能、細節和高級應用限于篇幅都沒能在第四章涉及到。因此,對于感興趣的功能,務必閱讀第三章的相應章節了解功能的原理、詳情,并且結合手冊里的解釋自行嘗試教程中未曾提到過的功能選項(由于Multiwfn的功能選項都盡量設計得簡明易用,所以不會遇到什么障礙)。另外,第四章末尾的4.A節包含一些高級教程,以及一些專題,比如如何用Multiwfn分析弱相互作用、如何分析芳香性。

    手冊第五章是一些使用技巧,比如介紹如何通過silent模式單純靠命令行執行以及批量執行分析任務;或者介紹一些重要,但又和程序本身原理、功能關系不很緊密的內容,比如從屏幕上直接拷貝Multiwfn輸出信息到剪切板中。有很多次有人問我Multiwfn輸出的信息較長,把命令行窗口的滑條拉到頂頭也看不全應該怎么辦,實際上這在5.5節已經說明了,也就是加大窗口緩沖區尺寸。

    手冊最后是附錄。其中說明了怎么設定Gaussian運行環境(Multiwfn的個別功能會調用Gaussian計算原子波函數文件,執行這類功能之前必須先設定Gaussian運行環境),介紹了Multiwfn源代碼中各個實空間函數名(主要用于自己編寫自定義函數時作為參考,這屬于相對高級的應用),還有其它很多信息,若想對Multiwfn了解多一些很建議看看。
     

    5 中文文章&學習資源

    雖然Multiwfn的手冊已經極其詳細了,例子也極其豐富,但為了讓國內的研究者們,尤其是量化初學者們能更容易地了解如何用Multiwfn解決一些實際問題,也算是對Multiwfn沒有中文手冊所作的彌補,我曾寫了大量中文文章介紹Multiwfn的各個方面的應用或其它有關問題,估計有100萬字左右,其中不少內容和手冊里的內容有交集。如果要抱怨Multiwfn沒有中文的手冊,那么請先把這些中文文章看了!很多帖子屬于專題討論,內容比手冊里的明顯更深、更廣,因此與手冊有高度的互補性。這些帖子最新版本都發在了筆者的blog中(http://sobereva.com),后來寫的也同時發在了筆者創立的計算化學公社論壇上(http://bbs.keinsci.com)。早期有些Multiwfn相關帖子在小*蟲上也能看到,但那些都是很老舊的版本從未更新過(我要是能刪掉早就刪了),故千萬別在小*蟲上看!這里將目前已經寫過的這些帖子列在下面,還有一些其它的Multiwfn的相關資源也列在這里。

    幻燈片《Multiwfn與波函數分析簡介》(http://sobereva.com/239),不到400頁,內容淺顯,非常適合初學者入門波函數分析、了解Multiwfn!

    《Multiwfn波函數分析程序的意義、功能與用途》(http://sobereva.com/184)必看!

    《Multiwfn FAQ》(http://sobereva.com/452)必看!

    ? 筆者零散錄的一些Multiwfn演示視頻匯總,初學者很推薦看看:https://space.bilibili.com/20718/#/channel/detail?cid=45163。Multiwfn也有Youtube頻道,內容和B站上的類似,但字幕都是英文:https://www.youtube.com/playlist?list=PLGZRmytlfpyPMknda9_tdJh8HPHjSECsW

    ? 使用了Multiwfn發表的文章pdf合集,可以作為例子庫:
    第1~1010篇文章:http://www.shanxitv.org/322
    第1011~2001篇文章:http://www.shanxitv.org/389
    第2002~3000篇文章:http://www.shanxitv.org/438
    第3001~4000篇文章:http://www.shanxitv.org/500
    第4001~5000篇文章:http://www.shanxitv.org/546
    第5001~6000篇文章:http://www.shanxitv.org/574
    第6001~7000篇文章:http://www.shanxitv.org/592
    第7001~8000篇文章:http://www.shanxitv.org/619
    第8001~9000篇文章:http://www.shanxitv.org/636
    第9001~10000篇文章:http://www.shanxitv.org/649
    第10001~11000篇文章:http://www.shanxitv.org/654

    ? 下面這幾篇有綜述性質,非常重要!

    《Multiwfn支持的電子激發分析方法一覽》(http://sobereva.com/437

    《Multiwfn支持的分析化學鍵的方法一覽》(http://sobereva.com/471

    《Multiwfn支持的弱相互作用的分析方法概覽》(http://sobereva.com/252

    《衡量芳香性的方法以及在Multiwfn中的計算》(http://sobereva.com/176

    《Multiwfn可以計算的分子描述符一覽》(http://www.shanxitv.org/601

    ? 下面這些是針對各個主題、問題進行講解的文章

    《通過量子化學計算和Multiwfn程序預測化學物質的顏色》(http://www.shanxitv.org/662

    《使用Multiwfn計算分子的球形度(sphericity)》(http://www.shanxitv.org/661

    《使用Multiwfn展現過剩電子(excess electron)并計算它的回轉半徑》(http://www.shanxitv.org/658

    《詳談使用CP2K產生給Multiwfn用的molden格式的波函數文件》(http://www.shanxitv.org/651

    《使用Multiwfn計算特定方向的UV-Vis吸收光譜》(http://www.shanxitv.org/648

    《使用Multiwfn對靜電勢和范德華勢做拓撲分析精確得到極小點位置和數值》(http://www.shanxitv.org/645

    《使用Multiwfn計算分子和晶體中孔洞的直徑》(http://www.shanxitv.org/643

    《談談怎么計算“原子的靜電勢”》(http://www.shanxitv.org/641

    《基于原子電荷極快速繪制超大體系的分子表面靜電勢圖》(http://www.shanxitv.org/639

    《使用CP2K結合Multiwfn繪制密度差圖、平面平均密度差曲線和電荷位移曲線》(http://www.shanxitv.org/638

    《使用Multiwfn做IGMH分析非常清晰直觀地展現化學體系中的相互作用》(http://www.shanxitv.org/621

    《使用CP2K結合Multiwfn對周期性體系模擬UV-Vis光譜和考察電子激發態》(http://www.shanxitv.org/634

    《使用Multiwfn繪制電荷轉移光譜(CTS)直觀分析電子光譜內在特征》(http://www.shanxitv.org/628

    《談談第一超極化率(beta)的符號的物理意義》(http://www.shanxitv.org/622

    《使用Multiwfn定量化和圖形化考察分子的平面性(planarity)》(http://www.shanxitv.org/618

    《使用Multiwfn計算晶體結構中自由區域的體積、圖形化展現自由區域》(http://www.shanxitv.org/617

    《電子空間范圍<r^2>和電子徑向分布函數的含義以及在Multiwfn中的計算》(http://www.shanxitv.org/616

    《詳談Multiwfn的命令行方式運行和批量運行的方法》(http://www.shanxitv.org/612

    《Multiwfn中非常實用的幾何操作和坐標變換功能介紹》(http://www.shanxitv.org/610

    《使用Multiwfn計算odd electron density考察激發態單電子分布》(http://www.shanxitv.org/583

    《使用Multiwfn通過ETS-NOCV方法深入分析片段間的軌道相互作用》(http://www.shanxitv.org/609

    《通過電子定域化函數(ELF)、價層電子密度分析討論親核進攻的方向》(http://www.shanxitv.org/606

    《使用Multiwfn計算分子中的原子極化率》(http://www.shanxitv.org/600

    《使用IRI方法圖形化考察化學體系中的化學鍵和弱相互作用》(http://www.shanxitv.org/598

    《使用Multiwfn做aNCI分析圖形化考察動態過程中的蛋白-配體間的相互作用》(http://www.shanxitv.org/591

    《使用Multiwfn繪制分子和固體表面的距離投影圖》(http://www.shanxitv.org/589

    《使用Multiwfn結合CP2K通過NCI和IGM方法圖形化考察固體和表面的弱相互作用》(http://www.shanxitv.org/588

    《使用Multiwfn非常便利地創建CP2K程序的輸入文件》(http://www.shanxitv.org/587

    《用Multiwfn計算過渡金屬的d-band center(d帶中心)》(http://www.shanxitv.org/582

    《使用Multiwfn計算分子片段的偶極矩和復合物中單體的偶極矩》(http://sobereva.com/558

    《談談范德華勢以及在Multiwfn中的計算、分析和繪制》(http://sobereva.com/551

    《使用Multiwfn模擬掃描隧道顯微鏡(STM)圖像》(http://sobereva.com/549

    《使用Multiwfn結合CP2K的波函數模擬周期性體系的隧道掃描顯微鏡(STM)圖像》(http://www.shanxitv.org/671

    《使用Multiwfn通過單位球面表示法圖形化考察(超)極化率張量》(http://sobereva.com/547

    《使用Multiwfn圖形化展示分子動力學模擬體系中的孔洞、自由區域》(http://sobereva.com/539

    《使用Multiwfn計算各種與信息論相關的量(information-theoretic quantities)》(http://sobereva.com/537

    《使用鍵級密度(BOD)和自然適應性軌道(NAdO)圖形化研究化學鍵》(http://sobereva.com/535

    《通過軌道權重福井函數和軌道權重雙描述符預測親核和親電反應位點》(http://sobereva.com/533

    《一鍵把所有gjf文件轉成xyz文件、把所有Gaussian輸出文件轉成gjf文件的腳本》(http://sobereva.com/530

    《使用Multiwfn便利地查看所有激發態中的主要軌道躍遷貢獻》(http://sobereva.com/529

    《通過軌道離域指數(ODI)衡量軌道的空間離域程度》(http://sobereva.com/525

    《將Multiwfn計算的鍵級直接標注在分子結構圖上的方法》(http://sobereva.com/523

    《談談如何衡量分子的極性》(http://sobereva.com/518

    《使用Multiwfn和VMD繪制平均局部離子化能(ALIE)著色的分子表面圖(含視頻演示)》(http://sobereva.com/514

    《使用Multiwfn對第一超極化率做雙能級和三能級模型分析》(http://sobereva.com/512

    《使用Multiwfn計算分子的動力學直徑》(http://sobereva.com/503

    《使用Multiwfn考察分子軌道、NBO等軌道對密度差、福井函數的貢獻》(http://sobereva.com/502

    《使用Multiwfn計算Bond length/order alternation (BLA/BOA)和考察鍵長、鍵級、鍵角、二面角隨鍵序號的變化》(http://sobereva.com/501

    《使用Multiwfn計算與超瑞利散射(HRS)實驗相關的量》(http://sobereva.com/499

    《繪制靜電勢全局極小點+等值面圖展現孤對電子位置的方法》(http://sobereva.com/493

    《詳談Multiwfn產生ORCA量子化學程序的輸入文件的功能》(http://sobereva.com/490

    《使用Multiwfn和VMD計算分子表面積和片段表面積》(http://sobereva.com/487

    《使用Multiwfn超級方便地計算出概念密度泛函理論中定義的各種量》(http://sobereva.com/484

    《使用Multiwfn繪制態密度(DOS)圖考察電子結構》(http://sobereva.com/482

    《巨大體系的范德華表面靜電勢圖的快速繪制方法》(http://sobereva.com/481

    《使用Multiwfn一鍵批量產生各類光譜圖(含演示視頻)》(http://sobereva.com/479

    《使用Multiwfn繪制光電子譜》(http://sobereva.com/478

    《使用Multiwfn計算CVB指數考察氫鍵強度》(http://sobereva.com/461

    《使用Multiwfn繪制躍遷密度矩陣和電荷轉移矩陣考察電子激發特征》(http://sobereva.com/436

    《使用Multiwfn+VMD快速繪制高質量分子軌道等值面圖(含視頻)》(http://sobereva.com/447

    《使用Multiwfn+VMD快速地繪制高質量AIM拓撲分析圖》(http://sobereva.com/445

    《使用Multiwfn+VMD快速地繪制靜電勢著色的分子范德華表面圖和分子間穿透圖》(http://sobereva.com/443

    《使用Multiwfn做基于分子力場的能量分解分析》(http://sobereva.com/442

    RESP擬合靜電勢電荷的原理以及在Multiwfn中的計算》(http://sobereva.com/441

    《RESP2原子電荷的思想以及在Multiwfn中的計算》(http://sobereva.com/531

    《使用Multiwfn做空穴-電子分析全面考察電子激發特征》(http://sobereva.com/434

    《在Multiwfn中通過IFCT方法計算電子激發過程中任意片段間的電子轉移量》(http://sobereva.com/433

    《在Multiwfn中單獨考察pi電子結構特征》(http://sobereva.com/432

    《使用Multiwfn計算激發態之間的密度差》(http://sobereva.com/429

    《使用Multiwfn計算分子的長寬高》(http://sobereva.com/426

    《談談原子間是否成鍵的判斷問題》(http://sobereva.com/414

    《利用布居分析判斷基函數與原子軌道的對應關系》(http://sobereva.com/418

    《使用Multiwfn+VMD以原子著色方式表現原子電荷、自旋布居、電荷轉移、簡縮福井函數》(http://sobereva.com/425

    《使用Multiwfn可視化分子孔洞并計算孔洞體積》(http://sobereva.com/408

    《通過獨立梯度模性(IGM)考察分子間弱相互作用》(http://sobereva.com/407

    《在Multiwfn中基于fch產生自然軌道的方法與激發態波函數、自旋自然軌道分析實例》(http://sobereva.com/403

    《基于Multiwfn產生的cube文件在VMD和GaussView中繪制填色等值面圖的方法》(http://sobereva.com/402

    《電子激發過程中片段間電荷轉移百分比的計算》(http://sobereva.com/398

    《使用Multiwfn+VMD繪制片段貢獻的躍遷偶極矩矢量》(http://sobereva.com/396

    《在Multiwfn中分析比CCSD更高級別波函數的方法》(http://sobereva.com/395

    《使用Multiwfn繪制構象權重平均的光譜》(http://sobereva.com/383

    《Multiwfn的軌道定域化功能的使用以及與NBO、AdNDP分析的對比》(http://sobereva.com/380

    《詳談Multiwfn支持的輸入文件類型、產生方法以及相互轉換》(http://sobereva.com/379

    《使用Multiwfn做自然躍遷軌道(NTO)分析》(http://sobereva.com/377

    《使用Multiwfn考察軌道間重疊程度和質心距離》(http://sobereva.com/371

    《使用DORI函數同時考察共價和非共價相互作用》(http://sobereva.com/367

    《使用Multiwfn通過LOBA方法計算氧化態》(http://sobereva.com/362

    《談談自旋密度、自旋布居以及在Multiwfn中的繪制和計算》(http://sobereva.com/353

    《使用Multiwfn預測晶體密度、蒸發焓、沸點、溶解自由能等性質》(http://sobereva.com/337

    《使用Multiwfn觀看分子軌道》(http://sobereva.com/269

    《利用Multiwfn計算傾斜、扭曲環的NICS_ZZ》(http://sobereva.com/261

    《將文件快速載入Multiwfn程序的幾個技巧》(http://sobereva.com/237

    《使用Multiwfn基于完全態求和(SOS)方法計算極化率和超極化率》(http://sobereva.com/232

    《使用Multiwfn分析Gaussian的極化率、超極化率的輸出》(http://sobereva.com/231

    《使用Multiwfn繪制紅外、拉曼、UV-Vis、ECD、VCD和ROA光譜圖》(http://sobereva.com/224

    《使用Multiwfn繪制NMR譜》(http://sobereva.com/565

    《使用Multiwfn計算激發態間的躍遷偶極矩和各個激發態的偶極矩》(http://sobereva.com/227

    《通過Multiwfn繪制等化學屏蔽表面(ICSS)研究芳香性》(http://sobereva.com/216

    《通過鍵級曲線和ELF/LOL/RDG等值面動畫研究化學反應過程》(http://sobereva.com/200

    《談談分子半徑的定義和計算方法》(http://sobereva.com/190

    《使用Multiwfn研究分子動力學中的弱相互作用》(http://sobereva.com/186

    《用Multiwfn+VMD做RDG分析時的一些要點和常見問題》(http://sobereva.com/291

    《制作動畫分析電子結構特征》(http://sobereva.com/86

    《電子定域性的圖形分析》(http://sobereva.com/63

    《使用Multiwfn圖形化研究弱相互作用》(http://sobereva.com/68

    《使用Multiwfn做拓撲分析以及計算孤對電子角度》(http://sobereva.com/108

    《Multiwfn結合VMD繪制AIM拓撲分析圖》(http://sobereva.com/207

    《使用Multiwfn作電子密度差圖》(http://sobereva.com/113

    《使用Multiwfn繪制NBO及相關軌道》(http://sobereva.com/134

    《談談軌道成份的計算方法》(http://sobereva.com/131

    《使用AdNDP方法以及ELF/LOL、多中心鍵級研究多中心鍵》(http://sobereva.com/138

    《使用Multiwfn繪制原子軌道圖形、研究原子殼層結構及相對論效應的影響》(http://sobereva.com/152

    《使用Multiwfn的定量分子表面分析功能預測反應位點、分析分子間相互作用》(http://sobereva.com/159

    幻燈片《Predicting reactive sites (反應位點的預測)》(http://sobereva.com/234

    《分子間軌道重疊的圖形顯示和計算》(http://sobereva.com/163

    《繪制躍遷密度矩陣平面圖分析電子躍遷》(http://sobereva.com/136

    《使用Multiwfn做電荷分解分析(CDA)、繪制軌道相互作用圖》(http://sobereva.com/166

    《使用Multiwfn做電子密度、ELF、靜電勢、密度差等函數的盆分析》(http://sobereva.com/179

    《使用Multiwfn結合VMD分析和繪制分子表面靜電勢分布》(http://sobereva.com/196

    《通過Multiwfn計算各個軌道的偶極矩》(http://sobereva.com/251

    《利用約化密度梯度考察AIM臨界點的位置》(http://sobereva.com/267

    《將分子結構圖和Multiwfn繪制的平面圖準確合并的方法》(http://sobereva.com/274

    《使用Multiwfn計算超極化率密度》(http://sobereva.com/305

    《雜談Multiwfn從1.0到3.0版的開發經歷》(http://sobereva.com/180

    《回答一些關于Multiwfn的疑問以及未來Multiwfn的發展打算》(http://sobereva.com/107

    《Multiwfn程序名讀法的統一說明》(http://bbs.keinsci.com/thread-11011-1-1.html

    筆者另有不少文章和Multiwfn有較大關系,如《使用Gaussian做鑭系金屬配合物的量子化學計算》(http://www.shanxitv.org/581)、《在VMD里將cube文件瞬間繪制成效果極佳的等值面圖的方法》(http://sobereva.com/483)、《談談分子體積的計算》(http://sobereva.com/102)、《AIM鍵臨界點處電子密度拉普拉斯值符號判斷相互作用類型失敗原因的圖形分析》(http://sobereva.com/161)、《繪制有填色效果的用于弱相互作用分析的RDG散點圖的方法》(http://sobereva.com/399)、計算RESP原子電荷的超級懶人腳本(http://sobereva.com/476)、《談談18碳環的幾何結構和電子結構》(http://sobereva.com/515)、《計算分子動力學軌跡中兩個環平面間的距離和夾角》(http://www.shanxitv.org/590)等等,有興趣可以看看。

    很值得一提的是筆者關于18碳環(cyclo[18]carbon)的理論研究,這是非常新穎獨特的體系。在2019年筆者在ChemRxiv上發表了一篇非常全面、系統的研究18碳環體系的理論文章,文章內容簡述見《一篇最全面、系統的研究新穎獨特的18碳環的理論文章》(http://sobereva.com/524)。此文綜合運用了Multiwfn各種分析功能,對18碳環的各方面特征做了充分的探究,得到了一大批頗有價值的研究結果。此文可以作為一篇使用Multiwfn研究新奇特化學體系的范文,強烈建議閱讀!大家也可以效仿里面的分析去考察各種新發現的有趣的化學體系。這篇文章的大部分內容后來經過大幅擴充后在碳化學領域權威的Carbon期刊上(2020年公布的影響因子是8.8。一區)陸續發表,即Carbon, 165, 468 (2020)、Carbon, 165, 461 (2020)、Carbon, 171, 514 (2021)。這體現出在深刻理解波函數分析方法的意義、特點的前提下,充分、靈活運用Multiwfn研究新穎熱門體系,即便是純理論計算工作也是不難在高檔次期刊上發文的。對于Carbon, 171, 514 (2021)這篇文章,我還專門寫過一個深入淺出的介紹,并且寫了大量相關評注,見《全面探究18碳環獨特的分子間相互作用與pi-pi堆積特征》(http://sobereva.com/572)。如果你是研究弱相互作用的人,強烈建議仔細看看此文,估計會讓你的思路開闊許多、認識到波函數分析在弱相互作用研究方面的價值有多么的大。

    在2020年9月筆者又發表了一篇論文,對18碳環在電場下的行為做了深入細致的研究,文章中也充分利用了Multiwfn的功能,深刻揭示了電場以及堿/堿土金屬對18碳環幾何結構、電子結構、電子光譜的顯著影響及其本質,強烈建議閱讀:《一篇文章深入揭示外電場對18碳環的超強調控作用》(http://sobereva.com/570)。此文是使用Multiwfn研究外電場對化學體系影響的很好的例子。

    筆者使用Multiwfn對18碳環及類似體系做的更多的研究以及各種相關博文見這里的匯總:http://sobereva.com/carbon_ring.html


    6 求助

    使用Multiwfn中遇到問題時建議先查詢手冊、查看相關博文來試圖解決。如果程序莫名其妙出錯,應當先嘗試使用最新版、反復檢查輸入文件和操作步驟看看能否解決。如果仍得不到答案,可以通過以下幾種方式向開發者求助。求助時最好將完整的操作過程附上,如果輸入文件不大的話最好也壓縮后一起附上,以便于開發者檢查是用戶操作錯誤、輸入文件有問題還是程序有bug。

    (1) (最推薦)在筆者建立的計算化學公社論壇的Multiwfn討論版咨詢(http://bbs.keinsci.com/wfn),或者在Multiwfn的英文論壇咨詢(http://sobereva.com/wfnbbs,提問時需要說英語),這都是官方指定的Multiwfn交流論壇,筆者基本每天都去看,看到后會立即詳細回復。筆者不在其它任何論壇回復Multiwfn及計算化學相關問題。

    (2) 在筆者建立的思想家公社QQ群里咨詢,此群專門用于交流計算化學問題。群號碼見http://sobereva.com上方的信息。如果在群里詢問后一天內沒有得到回復,可能筆者不在線,可以趁Sobereva在線時再次詢問,或者把問題發到Multiwfn論壇里。因筆者十分忙碌,除非問題很私密,否則請不要發私窗。

    (3) 通過電子郵件咨詢。開發者的郵箱是Multiwfn主頁上給出的郵箱(和手冊第一頁、Multiwfn程序剛啟動時顯示的信息里的郵箱一致)。除非問題非常私密,否則不建議用此方式提問。

    筆者不在其它任何論壇(如小*蟲)回答與計算化學相關(包括Multiwfn在內)的問題。


    7 培訓班

    北京科音自然科學研究中心(http://www.keinsci.com)每年下旬都舉辦“量子化學波函數分析與Multiwfn程序培訓班”,培訓的詳細介紹和往屆信息回顧請訪問北京科音網站的“科研培訓”欄目。本培訓會由Multiwfn開發者全面講授波函數分析的理論知識并結合大量實例介紹Multiwfn的使用方法,詳細講授內容見這是機會極為難得的一次性把波函數分析知識和Multiwfn、NBO等波函數分析程序的使用都徹底學透的最快最佳途徑。本培訓中的大部分內容都是在Multiwfn手冊和相關博文里沒有的,因此即便曾經通讀過手冊和全部博文的學員在參加過此培訓后水平也會有顯著提升。

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