<p style="line-height: 150%;"><span lang="EN-GB" style="font-family: "Times New Roman", serif; color: black;">Dear
Matthias,</span></p>

<p style="line-height: 150%;"><span lang="EN-GB" style="font-family: "Times New Roman", serif; color: black;">I
apologise for such a long reply. The problem turned out to be </span><span lang="EN-US" style="font-family: "Times New Roman", serif; color: black;">not</span><span lang="EN-US" style="font-family: "Times New Roman", serif; color: black;"> </span><span lang="EN-GB" style="font-family: "Times New Roman", serif; color: black;">so simple.</span></p>

<p style="line-height: 150%;"><span lang="EN-GB" style="font-family: "Times New Roman", serif; color: black;">At
this moment it seems that ROKS does not work properly in CP2K.</span></p>

<p style="line-height: 150%;"><span lang="EN-GB" style="font-family: "Times New Roman", serif; color: black;">An
oxygen molecule turned out to be a poor example to use with ROKS. I just copied
it from an existing regtest for ROKS, but CPMD and CP2K gave the S1 energies
lower than the S0 energies.</span></p>

<p style="line-height: 150%;"><span lang="EN-GB" style="font-family: "Times New Roman", serif; color: black;">A
better example would be a formaldehyde molecule or a hydrogen molecule.</span><span style="color: rgb(0, 0, 0); font-family: "Times New Roman", serif;">The advantages of formaldehyde are that it has SOMO-1 and SOMO-2 separated in space, which, as will be discussed below, allows for better manifestation of</span><span style="color: black; font-family: "Times New Roman", serif;"> the differences between CP2K and CPMD
could be traced. I used a formaldehyde example from the original ROKS paper
[Frank, I., Hutter, J., Marx, D., & Parrinello, M. (1998). JPC, 108, 4060]. </span></p>

<p style="line-height: 150%;"><span lang="EN-GB" style="font-family: "Times New Roman", serif; color: black;"><b>Here
are the main observations:</b></span><span style="color: black; font-family: "Times New Roman", serif;"> </span></p>

<p style="line-height: 150%;"></p><ol><li><span lang="EN-GB" style="font-family: "Times New Roman", serif; color: black;">The excitation energy E(S1) - E(S0) <b>in both CPMD and CP2K packages is about 3.5
eV</b>, which is in agreement with the paper of Frank et al.</span></li><li><span lang="EN-GB" style="font-family: "Times New Roman", serif; color: black;">The <b>Wannier centres</b> of all orbitals are almost the <b>same</b> between CPMD and CP2K (see
Picture 1), but their <b>order is different</b>. This is important for SOMO-1 and
SOMO-2, since we have the rotations turned off for these orbitals and their
centres should have coincided.</span></li><li><span lang="EN-GB" style="font-family: "Times New Roman", serif; color: black;"><b>The most important difference</b> is in the visualisation of the orbitals. In the
attached pdf-file (S0_S1_CP2K_CPMD.pdf) I visualise the orbitals for the ground
state S0 and of the excited state S1. The isosurfaces are shown in red (+0.07)
and in blue (-0.07). You can see that for the ground state the orbitals from
CPMD and from CP2K coincide. For the excited state CPMD shows some change of
order (with respect to S0) and the general picture remains close (<b>the
resemblance HOMO ~ SOMO-1 takes place</b>). <b>But for the S1 state in CP2K all
orbitals look different, except last two (SOMO-1 and SOMO-2)</b>, and the last two orbitals seem to have switched places
(<b>the resemblance HOMO ~ SOMO-2 takes place</b>) (the same pattern as with Wannier centres.).</span></li></ol><p></p>





<p style="line-height: 150%;"><span lang="EN-GB" style="font-family: "Times New Roman", serif; color: black;">I
attach the codes for calculating the S0 and S1 states in CPMD and CP2K for
formaldehyde. </span></p><p style="line-height: 150%;"></p><ul><li><span lang="EN-GB" style="font-family: "Times New Roman", serif; color: black;">The standard cpmd2cube.x script (</span><span lang="EN-GB" style="font-family: "Times New Roman", serif; color: rgb(31, 107, 192);">https://github.com/CPMD-code/Addons/tree/main/cpmd2cube</span><span lang="EN-GB" style="font-family: "Times New Roman", serif; color: black;">) should be used to convert the CPMD orbitals to .cube files (cmd: ./cpmd2cube.x
WAVEFUNCTION.*)</span></li><li><span lang="EN-GB" style="font-family: "Times New Roman", serif; color: black;">To calculate
Wannier centres in CPMD, a separate code (cpmd_s1_wannier.inp) should be used
which takes 1 MD step, this is because a separate case of calculating Wannier
centres for ROKS is only implemented in MD. At the same time, in CPMD the
calculation of Wannier centres itself affects the final output of orbitals</span></li></ul><p></p>

<p style="line-height: 150%;"><span lang="EN-GB" style="font-family: "Times New Roman", serif; color: black;">Best regards,</span></p><p style="line-height: 150%;"><span lang="EN-GB" style="font-family: "Times New Roman", serif; color: black;">Ilya</span></p>

<p style="line-height: 150%;"><span lang="EN-GB" style="font-family: "Times New Roman", serif; color: black;">P.S.
<br />Although the energies of SOMO-1 and SOMO-2 judging by dE ~3.5 eV should be
significantly different and could not simply get mixed up. In addition, it is
worth noting that despite the complete difference in orbitals 1-5 in CP2K and
CPMD, the final Wannier centres are the same, so we can talk about the
influence of the difference of the basis or something else?</span><span style="color: black; font-family: "Times New Roman", serif;"> </span></p>

<p style="line-height: 150%;"><span lang="EN-GB" style="font-family: "Times New Roman", serif; color: black;">Could
it be that the OT method does not handle single occupied orbitals correctly or
the ROKS method in CP2K does not handle double occupied orbitals correctly?
Because in the case of CPMD we see that the shape of the double occupied
orbitals has not changed, the order has changed and one new SOMO-2 orbital has
been added. In CP2K, the new single occupied orbitals look correct, but the
double occupied ones have coordinately changed in ROKS.</span></p>

<p style="line-height: 150%;"><span lang="EN-GB" style="font-family: "Times New Roman", serif;"> </span></p><br /><div class="gmail_quote"><div dir="auto" class="gmail_attr">вторник, 21 ноября 2023 г. в 13:27:51 UTC+3, Ilya Fedorov: <br/></div><blockquote class="gmail_quote" style="margin: 0 0 0 0.8ex; border-left: 1px solid rgb(204, 204, 204); padding-left: 1ex;">





<p>Dear Matthias,</p>
<p>I am sorry for the delay in answering your question.</p>
<p>Indeed, sometimes I observed poor convergence of OT with ROKS, but sometimes the convergence is much better than diagonalization in СPMD. But at the moment I do not have a systematic understanding of the roots of this problem.</p>
<p>I made various comparisons between CPMD and CP2K in terms of calculations with ROKS: comparing forces, trajectories, orbitals and Wannier centers, in general I got a fairly close agreement.</p>
<p>In the near future I plan to collect these results into one report and post it here.</p>
<p>Best</p>
<p>Ilya</p><br><div class="gmail_quote"><div dir="auto" class="gmail_attr">четверг, 16 ноября 2023 г. в 15:31:03 UTC+3, Krack Matthias: <br></div></div><div class="gmail_quote"><blockquote class="gmail_quote" style="margin:0 0 0 0.8ex;border-left:1px solid rgb(204,204,204);padding-left:1ex">





<div lang="en-CH" link="blue" vlink="purple" style="word-wrap:break-word">
<div>
<p class="MsoNormal"><span lang="EN-US" style="font-size:11.0pt">Hi Ilya<u></u><u></u></span></p>
<p class="MsoNormal"><span lang="EN-US" style="font-size:11.0pt"><u></u> <u></u></span></p>
<p class="MsoNormal"><span lang="EN-US" style="font-size:11.0pt">Thanks for contributing and fixing the print issue.<u></u><u></u></span></p>
<p class="MsoNormal"><span lang="EN-US" style="font-size:11.0pt"><u></u> <u></u></span></p>
<p class="MsoNormal"><span lang="EN-US" style="font-size:11.0pt">Indeed, ROKS produces only one set of orbitals, since there is also only one Hamiltonian, i.e. Kohn-Sham matrix, but different orbital occupations are applied for spin-up
 (alpha) and spin-down (beta) electrons which results in an alpha and beta electronic density matrix.<u></u><u></u></span></p>
<p class="MsoNormal"><span lang="EN-US" style="font-size:11.0pt"><u></u> <u></u></span></p>
<p class="MsoNormal"><span lang="EN-US" style="font-size:11.0pt">The LOW-SPIN ROKS implementation in CP2K based on OT plus ROTATION is experimental as indicated by a warning printed in the output. That implementation has not been
 maintained since a long time. Therefore, I am wondering, if the implementation works properly, e.g. for the new test case O2_mo_cubes.inp. I tried tighter thresholds and a larger cutoff and box size, but the SCF did not converge. What’s your experience and
 how do the results compare to ROKS in CPMD?<u></u><u></u></span></p>
<p class="MsoNormal"><span lang="EN-US" style="font-size:11.0pt"><u></u> <u></u></span></p>
<p class="MsoNormal"><span lang="EN-US" style="font-size:11.0pt">Best<u></u><u></u></span></p>
<p class="MsoNormal"><span lang="EN-US" style="font-size:11.0pt"><u></u> <u></u></span></p>
<p class="MsoNormal"><span lang="EN-US" style="font-size:11.0pt">Matthias<u></u><u></u></span></p>
<p class="MsoNormal"><span lang="EN-US" style="font-size:11.0pt"><u></u> <u></u></span></p>
<div>
<div></div></div></div></div><div lang="en-CH" link="blue" vlink="purple" style="word-wrap:break-word"><div><div><div>
<div style="border:none;border-top:solid #b5c4df 1.0pt;padding:3.0pt 0cm 0cm 0cm">
<p class="MsoNormal" style="margin-right:0cm;margin-bottom:12.0pt;margin-left:36.0pt">
<b><span style="font-size:12.0pt;color:black">From: </span></b><span style="font-size:12.0pt;color:black"><a rel="nofollow">cp...@googlegroups.com</a> <<a rel="nofollow">cp...@googlegroups.com</a>> on behalf of Ilya Fedorov <<a rel="nofollow">ilyafe...@gmail.com</a>><br>
<b>Date: </b>Thursday, 16 November 2023 at 10:59<br>
<b>To: </b>cp2k <<a rel="nofollow">cp...@googlegroups.com</a>><br>
<b>Subject: </b>[CP2K:19518] Re: Problem with the calculation of the CUBE file and Wannier Centres using the ROKS method?<u></u><u></u></span></p>
</div>
<p class="MsoNormal" style="margin-left:36.0pt"><span style="font-size:11.0pt">I solved the problem and it was accepted into the code.<u></u><u></u></span></p>
</div></div></div></div><div lang="en-CH" link="blue" vlink="purple" style="word-wrap:break-word"><div><div><div><div>
<p class="MsoNormal" style="margin-bottom:12.0pt;margin-left:72.0pt">
<u></u><span style="font-size:11.0pt"><span>1.<span style="font:7.0pt "Times New Roman"">      
</span></span></span><u></u><span style="font-size:11.0pt">As I understand it, for ROKS the UKS base is used, and different spins of the same orbital have the same density. This allows to rely on the UKS codes, while you can use MO_CUBES only for spin-1.
 (regtest: QS/regtest-lsroks/O2_mo_cubes.inp)<u></u><u></u></span></p>
<p class="MsoNormal" style="margin-left:72.0pt">
<u></u><span style="font-size:11.0pt"><span>2.<span style="font:7.0pt "Times New Roman"">      
</span></span></span><u></u><span style="font-size:11.0pt">I added such an implementation in the code. Only two method supports:<u></u><u></u></span></p>
<p class="MsoNormal" style="margin-left:108.0pt">
<u></u><span style="font-family:"Courier New""><span>o<span style="font:7.0pt "Times New Roman"">   
</span></span></span><u></u><span style="font-size:11.0pt">NONE: No rotation, just print the orbital centers.<u></u><u></u></span></p>
<p class="MsoNormal" style="margin-left:108.0pt">
<u></u><span style="font-family:"Courier New""><span>o<span style="font:7.0pt "Times New Roman"">   
</span></span></span><u></u><span style="font-size:11.0pt">JACOBI: Only doubly occupied orbitals rotate; for singly occupied orbitals, no rotation occurs (like the NONE method). (regtest: QS/regtest-lsroks/O2_loc_wan_jac.inp)<u></u><u></u></span></p></div></div></div></div></div><div lang="en-CH" link="blue" vlink="purple" style="word-wrap:break-word"><div><div><div><div>
<p class="MsoNormal" style="margin-left:36.0pt"><span style="font-size:11.0pt">It is possible to use only NONE and JACOBI. Other methods can be added in the future, but ROKS calculates quite slowly, and speeding up the Wannier calculation does not make a big
 contribution here.<u></u><u></u></span></p>
</div></div></div></div></div><div lang="en-CH" link="blue" vlink="purple" style="word-wrap:break-word"><div><div><div>
<div>
<p class="MsoNormal" style="margin-left:36.0pt"><span style="font-size:11.0pt"><u></u> <u></u></span></p>
</div>
<div>
<p class="MsoNormal" style="margin-left:36.0pt"><span style="font-size:11.0pt">Commits: <a href="https://github.com/cp2k/cp2k/pull/3108" rel="nofollow" target="_blank" data-saferedirecturl="https://www.google.com/url?hl=ru&q=https://github.com/cp2k/cp2k/pull/3108&source=gmail&ust=1707839871886000&usg=AOvVaw3e5ENTpXdZoMmiQ5l_Oqig">https://github.com/cp2k/cp2k/pull/3108</a><u></u><u></u></span></p>
</div>
<div>
<div>
<p class="MsoNormal" style="margin-left:36.0pt"><span style="font-size:11.0pt">четверг, 24 августа 2023 г. в 15:19:45 UTC+3, Ilya Fedorov:
<u></u><u></u></span></p>
</div>
<blockquote style="border:none;border-left:solid #cccccc 1.0pt;padding:0cm 0cm 0cm 6.0pt;margin-left:4.8pt;margin-right:0cm">
<p style="margin-left:36.0pt;line-height:150%"><span lang="EN-GB" style="font-family:"Helvetica Neue"">Dear colleagues,
</span><u></u><u></u></p>
<p style="margin-left:36.0pt;line-height:150%"><span lang="EN-GB" style="font-family:"Helvetica Neue""> </span><span style="font-family:"Helvetica Neue"">Could you please help me to understand the CP2K implementation of ROKS and the Wannier Centers.</span><u></u><u></u></p>
<p style="margin-left:36.0pt;line-height:150%"><span lang="EN-GB" style="font-family:"Helvetica Neue"">I am facing the following two problems. I can't find an answer in the documentation. And, unfortunately, I don't really understand in the code.</span><u></u><u></u></p>
<p style="margin-left:36.0pt;line-height:150%"><span lang="EN-GB" style="font-family:"Helvetica Neue"">1) The ROKS implementation in CP2K uses a spin-restricted calculation with multiple density matrices. As I understand it, this leads to some problems with
 printing CUBE files (for example, for each orbital it prints two cube files for spin_1 and spin_2). Which one is correct? Maybe the sum of them gives a correct density? </span><u></u><u></u></p>
<p style="margin-left:36.0pt;line-height:150%"><span lang="EN-US" style="font-family:"Helvetica Neue"">(in log it print “</span><span lang="EN-GB" style="font-family:"Helvetica Neue"">Unclear how we define MOs in the restricted case ... skipping”)</span><u></u><u></u></p>
<p style="margin-left:36.0pt;line-height:150%"><span lang="EN-US" style="font-family:"Helvetica Neue""> </span><u></u><u></u></p>
<p style="margin-left:36.0pt;line-height:150%"><span lang="EN-GB" style="font-family:"Helvetica Neue"">2) I’m trying to use Wannier Centres with ROKS, but it doesn’t work in CP2K. As I understand this is also a multiple density matrix problem. I need Wannier
 Centres only (Many-body Position operator, no Jacobi rotation). Right now I use Wannier + ROKS in CPMD, and in CPMD the rotation is just switched off for the last two orbitals (diag(1,1)).</span><span style="font-family:"Helvetica Neue""> </span><u></u><u></u></p>
<p style="margin-left:36.0pt;line-height:150%"><span lang="EN-GB" style="font-family:"Helvetica Neue"">Best regards</span><u></u><u></u></p>
<p style="margin-left:36.0pt;line-height:150%"><span lang="EN-GB" style="font-family:"Helvetica Neue"">Ilya</span><u></u><u></u></p>
</blockquote>
</div>
</div></div></div></div><div lang="en-CH" link="blue" vlink="purple" style="word-wrap:break-word"><div><div><div><p class="MsoNormal" style="margin-left:36.0pt"><span style="font-size:11.0pt">--
<br>
You received this message because you are subscribed to the Google Groups "cp2k" group.<br>
To unsubscribe from this group and stop receiving emails from it, send an email to
<a rel="nofollow">cp2k+uns...@googlegroups.com</a>.<br>
To view this discussion on the web visit <a href="https://groups.google.com/d/msgid/cp2k/c479ab3a-9ed0-4750-9997-94a532c92a84n%40googlegroups.com?utm_medium=email&utm_source=footer" rel="nofollow" target="_blank" data-saferedirecturl="https://www.google.com/url?hl=ru&q=https://groups.google.com/d/msgid/cp2k/c479ab3a-9ed0-4750-9997-94a532c92a84n%2540googlegroups.com?utm_medium%3Demail%26utm_source%3Dfooter&source=gmail&ust=1707839871886000&usg=AOvVaw2GAcGCQUwdkv3O8hS-3zSC">
https://groups.google.com/d/msgid/cp2k/c479ab3a-9ed0-4750-9997-94a532c92a84n%40googlegroups.com</a>.<u></u><u></u></span></p>
</div>
</div>
</div>
</div>

</blockquote></div></blockquote></div>

<p></p>

-- <br />
You received this message because you are subscribed to the Google Groups "cp2k" group.<br />
To unsubscribe from this group and stop receiving emails from it, send an email to <a href="mailto:cp2k+unsubscribe@googlegroups.com">cp2k+unsubscribe@googlegroups.com</a>.<br />
To view this discussion on the web visit <a href="https://groups.google.com/d/msgid/cp2k/0f90a3b0-0049-404c-a810-aff8c926195cn%40googlegroups.com?utm_medium=email&utm_source=footer">https://groups.google.com/d/msgid/cp2k/0f90a3b0-0049-404c-a810-aff8c926195cn%40googlegroups.com</a>.<br />