如何绘制分子自旋密度图

    若分子的基态是自旋极化态，那么反应的活性位点往往处于自旋密度较高的区域，自由基反应的位点也几乎都在自旋密度较高的区域，因此研究自旋密度的分布具有重要的价值——这也是为什么我们要尝试绘出分子的电子自旋密度图。

    众所周知，在量子力学中，人们使用自旋量子数来描述“电子自旋”这个物理量。对于单电子而言，自旋量子数只存在两种可能的数值：1/2和-1/2。

    由于单电子只存在两种可能的自旋量子数，因此在量子化学计算中，我们将两种不同自旋量子数的电子分别称为α电子和β电子。对于一个分子，其空间某点的电子自旋密度定义为这一点α电子密度和β电子密度的差：

  ρ(自旋密度)= ρ(α电子密度) - ρ(β电子密度)

    对于开壳层体系，当分子本身带有奇数电子时，一定存在一个未配对的α电子，因此一定有空间某点自旋密度不为零；当分子体系带有偶数电子时，若发生自旋极化，那么α电子和β电子轨道将不再完全重叠，此时空间某些区域的自旋密度也将不再为零。

    下面我们以丙烯为例，来练习一下自旋密度的计算。

    1.先画一个丙烯分子，再进行优化，获得输出文件。

    2.接着将输出文件作为初始结构，计算单点能，第一行的

%chk= filename。chk

    意为保存chk文件，这在生成自旋密度图时很重要。

    3.如果是Linux系统，输入：formchk filename.chk  可以获得fchk文件，便于Gaussview读取。

    4.将.fchk文件拖入GaussView中打开文件，然后在Results菜单下点击Surfaces/Contours选项，选择NewCube，在Type菜单中选择Spin Density，计算完成后就可以在Surface Actions的下拉菜单中点击New Surface选项，得到自旋密度图。

中国科学院大学(雁栖湖校区)