MOKIT已支持Turbomole轨道的传入传出
1. 引言
MOKIT从v1.2.6rc23版本起已支持量子化学软件Turbomole产生的分子轨道文件的传入和传出，涉及的主要小程序名称为fch2tm和molden2fch。fch2tm有以下功能：
（1）从fch文件直接生成Turbomole输入文件control和轨道文件mos，前者含坐标、基组、赝势（如果用了赝势）和部分简单关键词，后者含轨道数据，无需通过Turbomole自带的define模块交互操作，节约时间，适合批处理。用户只需添加一点自己想要的关键词即可开展目标计算。若不作任何修改，默认关键词为相应的RHF/ROHF/UHF任务。
（2）万一在HF/DFT、RI-CC2、TDDFT等计算中发生SCF不收敛、参考态波函数不稳定、SCF收敛到其他解等问题，可先用Gaussian/ORCA等常见量化程序计算、检验好波函数稳定性，然后用fch2tm从fch文件传轨道至Turbomole，使其立即收敛，不必在Turbomole中反复尝试，节约人力物力。
molden2fch顾名思义，即将Turbomole产生的.molden文件转化为fch文件，用途有：
（1）获得的fch文件可用GaussView/Multiwfn等常用软件进行可视化，方便，还可利用Multiwfn大量的波函数分析功能。
（2）获得的fch文件可进一步传给其他量子化学程序，例如使用fch2mkl传给ORCA，fch2qchem传给Q-Chem，fch2com传给Molpro，fch2inporb传给(Open)Molcas等等，尽量避免在其他程序中进行重复计算，甚至可联用多个程序、经过修改开发新的理论方法。
2. fch2tm使用示例
举一个UHF的例子，gjf文件内容如下
%chk=hocl.chk
%mem=128GB
%nprocshared=64
#p UHF/aug-cc-pVTZ nosymm int=nobasistransform scf(maxcycle=128,xqc) stable=opt units=au
title
-1 2
O -2.08303774 0.11989815 0.0
H -2.75920696 -1.56351799 0.0
Cl 1.03231321 -0.00978036 0.0
我们在Gaussian中做好UHF计算，检验好波函数稳定性，获得chk/fch文件，然后传轨道给Turbomole，即运行
formchk hocl.chk hocl.fch
fch2tm hocl.fch
随即产生control和mos文件，啥也不用改，提交给Turbomole，即运行
dscf >OUTPUT 2>&1
可发现Turbomole立即收敛
ITERATION ENERGY 1e-ENERGY 2e-ENERGY NORM[dD(SAO)] TOL
1 -534.89646998125 -846.68677835 259.61463347 0.000D+00 0.240D-11
max. resid. norm for Fia-block= 7.830D-09 for orbital 1a beta
max. resid. fock norm = 1.463D-08 for orbital 1a alpha
Delta Eig. = 0.0000021950 eV
current damping : 0.000
ITERATION ENERGY 1e-ENERGY 2e-ENERGY NORM[dD(SAO)] TOL
2 -534.89646998121 -846.68677835 259.61463347 0.193D-06 0.152D-11
Norm of current diis error: 0.59401E-08
max. resid. norm for Fia-block= 8.292D-10 for orbital 9a alpha
max. resid. fock norm = 4.719D-09 for orbital 119a alpha
Delta Eig. = 0.0000000980 eV
ENERGY CONVERGED !
current damping : 0.000
ITERATION ENERGY 1e-ENERGY 2e-ENERGY NORM[dD(SAO)] TOL
3 -534.89646998116 -846.68677835 259.61463347 0.152D-07 0.115D-11
max. resid. norm for Fia-block= 1.801D-09 for orbital 14a alpha
max. resid. fock norm = 1.422D-08 for orbital 93a alpha
convergence criteria satisfied after 3 iterations
Gaussian的UHF能量是-534.896469981 a.u. 而Turbomole的SCF第1圈使用读入的轨道计算电子能量，可以看到一开始的能量就是收敛值；但其需要计算第2圈以判断两圈之差小于收敛阈值。收敛后还会额外进行一圈计算，因此虽然传入的轨道是收敛的，仍然需要进行3圈SCF计算。有的量化程序把这里的第1圈称作第0圈，也有的程序在收敛后不进行额外1圈迭代，看上去就可能是1圈收敛，本质上没太大不同。fch2tm小程序传轨道时最高支持到h角动量（相当于C原子的cc-pV5Z基组），正确考虑了基函数的顺序问题，支持不同元素使用混合基组、赝势等，目前仅支持球谐型基函数，因此请不要在gjf文件中写6D 10F（即勿使用Cartesian型基函数）。
3. molden2fch使用示例
Turbomole在正常计算完成后会更新control和mos文件，此时我们可以执行
tm2molden
test.molden
[Enter]
[Enter]
便可产生test.molden文件，其中tm2molden是Turbomole自带的小程序，[Enter]表示键盘按回车键。然后运行
molden2fch test.molden -tm
可获得test.fch文件。细心的读者可能会注意到屏幕有提示信息
Warning from subroutine molden2fch: molden file does not include spin multiplicity.
It will be guessed according to the occupation numbers. If the guessed spin is wrong,
you need to modify it in file test.fch
这是因为molden文件不含体系的电荷和自旋多重度信息（而Gaussian的fch文件含有电荷和自旋多重度信息），molden2fch只能根据体系轨道占据数和电子数进行猜测，对于HF/DFT任务往往不会猜错。若读者进行复杂任务，或者传的是自然轨道，需注意fch文件中的电荷和自旋多重度是否正确。这两项信息正确与否对观看轨道形状、分析轨道成份均无影响，但若用此fch文件进行后续计算或传轨道给其他程序，可能造成信息错误。值得注意的是，目前诸多量子化学程序产生的molden文件，其格式和基函数顺序并不严格遵循Molden文件格式标准，而molden2fch根据每个量化程序正确地考虑了基函数的顺序，需要用户指定参数-tm告诉molden2fch这是Turbomole导出的molden文件。类似地，如下命令
orca_2mkl h2o -molden
molden2fch h2o.molden -orca
可将ORCA的molden文件正确转化为fch文件。注意基函数角动量超过g时，Turbomole导出molden文件时会报相应的错误信息，此时molden2fch无能为力。由于molden文件不含赝势数据，因此产生的fch文件也不含赝势，读者使用赝势基组时需要注意这点，若使用全电子基组则无此问题。以后molden2fch还会支持更多量化程序的molden文件转化，欢迎广大读者使用、提建议和需求。
4. 如何安装使用
MOKIT程序开源、免费，其主页见
https://gitlab.com/jxzou/mokit
支持conda命令在线安装、预编译版的下载、离线安装等多种手段。MOKIT在线手册见
https://jeanwsr.gitlab.io/mokit-doc-mdbook/
若有读者在发表的研究中使用了MOKIT的功能，请恰当引用之。若使用中有任何问题，欢迎到GitLab issue区提问
https://gitlab.com/jxzou/mokit/-/issues
引用MOKIT的已发表文章一览
https://jeanwsr.gitlab.io/mokit-doc-mdbook/citing.html